WO2007125000A1 - Verfahren zur dimensionierung einer abtrennvorrichtung für überspannungsableiter - Google Patents

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WO2007125000A1
WO2007125000A1 PCT/EP2007/053198 EP2007053198W WO2007125000A1 WO 2007125000 A1 WO2007125000 A1 WO 2007125000A1 EP 2007053198 W EP2007053198 W EP 2007053198W WO 2007125000 A1 WO2007125000 A1 WO 2007125000A1
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force
switching
tongue
movement
biasing force
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PCT/EP2007/053198
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Peter Zahlmann
Edmund ZÄUNER
Stefanie Schreiter
Raimund König
Florian Gaeck
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Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg
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    • H01H37/761—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit
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    • H01H2037/763—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material with a fusible element forming part of the switched circuit using a spring for opening the circuit when the fusible element melts the spring being a blade spring

Definitions

  • the invention relates to a disconnecting device for surge arrester, the separation point is designed as a thermally influenced solder joint.
  • the heat source Under the influence of heating, the heat source preferably forms a monitored overvoltage protection component, the solder is liquefied and due to thereby triggered switching movement of a specially designed part of the separation device from disconnected, an electrical connection.
  • the part of the disconnecting device which performs the switching movement is e.g. to DE 295 19 313 Ul biased by means of a spring-biased in the switching direction. The switching movement reaches its absolute end point as soon as the preload force of this spring is used up.
  • Both the switching path and the switching speed are parameters that determine the performance (switching capacity) of the separating device. Since with increasing switching path, a purely mechanical biasing force decreases rapidly, it is very difficult to ensure on the one hand over the entire switching path sufficient switching speed and on the other hand to limit the biasing force on the Lotstelle to a value that excludes with sufficient certainty a purely mechanically induced false triggering. In practice, therefore, a compromise is required, which allows a sufficient biasing force depending on the execution of the Lotstelle, the Lotmenge and finally also the composition of the solder. This requires a stable manufacturing process, which must be redefined especially with regard to the introduction of lead-free solders and usually makes a further reduction of the preload force required.
  • Overvoltage arrester with extended range of functions is based on the following specifications:
  • a biasing force Fl which acts in the normal state of the monitored element on the Lotstelle ideally should be equal to zero or at least very low, so that in this state, the solder mechaDnisch permanently not or only slightly charged;
  • a further biasing force F2 should in contrast accelerate the initiated Auslötvorgang to break the solder joint to the monitored element as quickly as possible by supporting with increasing or from a certain Lottemperatur the bias voltage supportive Fl;
  • a shifting force F3 is intended to support the forces Fl / F2, possibly decaying during the shifting process, by ideally increasing with increasing shifting as the resultant force Fl / F2 decreases.
  • the forces Fl / F2 and F3 can be generated as independently organized individual forces from one or several identical or different energy stores.
  • the total biasing force acting on the Lotstelle at least composed of two partial forces, whose force effects (effective directions) reinforce complementary in the direction of switching movement as needed.
  • first biasing force Fl which acts permanently on the Lotstelle
  • other forces on demand for example by At normal soldering temperature are almost ineffective and only with increasing soldering temperature or during the separation or switching process bring their force effect.
  • This force influence or distribution, developed according to demand, can be used as a function of state or temperature continuously or abruptly from a specific state of the switch position and / or a specific temperature.
  • the invention is based on an increased force acting on the separating element during the entire separation process, ie during the Auslöt- and the subsequent switching phase, which is influenced or supported by additional thermal and / or mechanical effects. This is the case, for example, when a switching tongue used as a separating element itself assists the thermal force action, or this force is even formed out of itself, for example by being made of a material having the mechanical / thermal properties required for this purpose.
  • the switching tongue is formed from a molded part, at the first aus secureddem end a contact clip for external contacting with a male part and at the second expiring end of a specially trained or formable Lotspitze is formed.
  • This Lotspitze is connected via a defined Lotstelle with the active, serving in case of failure as a heat source part of the arrester and thus forms an electrical / thermal connection, which is soldered using the described biasing force Fl at the corresponding temperature influence, executes a switching movement.
  • a second biasing force F2 needs to engage demand-oriented in the separation process. On the one hand, this can be effected thermally, e.g.
  • the post-annealing separation process can be assisted by the biasing force F2 by acting so that the separation process undergoes additional "acceleration", e.g., by "heating up” the solder pad.
  • the switching path is increased by a further opening of the separation path by deformation of the switching tongue. As a result, the electrical separation is improved, which is particularly advantageous at higher system voltages.
  • the predominantly thermally induced biasing force with F2 acting together with the first biasing force Fl and the biasing force acting predominantly mechanically together with Fl after the brazing operation is referred to as the shifting force F3.
  • the switching tongue consists of a metallic, electrically conductive material which is deformable under the influence of heat.
  • Such metals according to the prior art, have two different stable states of formation which are temperature-dependent.
  • the second stable state which occurs under the influence of heat, however, corresponds to the open state of the disconnecting device, so that with increasing heating, the bias voltage increases (steadily or erratic) and thus increases the mechanical bias to the soldering point.
  • a demand-based bias is generated, which ultimately also leads to high switching speeds, even with large switching paths.
  • bi-metals e.g. so-called bi-metals or memory metals suitable.
  • the memory metals are made of a metal alloy (e.g., nickel / titanium).
  • the memory metals have a certain temperature point at which they move abruptly in the manner of a switching movement from one state to the other and there remain when the temperature that led to the tripping has fallen off again.
  • a switching tongue which in addition to the mentioned thermal effect of a biasing force F2 also generates the first, mechanically induced biasing force Fl, by all or part consists of a combination of one of the mentioned thermal materials with a resilient material.
  • both a specific area and the entire switching tongue in sandwich construction can be equipped with the thermally reacting metal.
  • a mechanical tension or compression spring for generating the biasing force Fl is possibly replaced by the resilient effect of the reed tongue material.
  • the biasing force Fl decreases steadily during the switching movement with increasing switching path.
  • This effect can be compensated only partially by the biasing force F2, since this partial force unfolds only in the Ausloötphase and after the heat supply is interrupted by the separation process, this force decreases more or less steadily.
  • a further force F3 is provided, which unfolds during the switching operation and thus at least partially compensates for the decreasing effect of Fl or F2 ,
  • this additional force takes place exclusively during the switching process and unfolds in the same direction relative to the biasing forces F1 / F2, but inversely offset in time. It is derived from the movement of the switching tongue by the force ratio is influenced by changing force and or leverage effects by a constant displacement of a power transmission point along the switching tongue so that the resulting force F3 increases steadily with increasing switching path.
  • the invention provides a severing device for surge arresters with extended functional scope, which consists in that a first biasing force Fl is supported according to the prior art by at least one second biasing force F2 or switching force F3 according to the invention in order to improve the triggering and switching characteristic to the one hand reduces the force on the Lotstelle at normal ambient temperature and on the other hand, the Abtrennweg or the separation speed increased in the prior art.
  • the separating means of the separating device according to the invention are preferably together with the over-voltage protection element to be monitored in the attachable upper part of a two-part housing, but are in principle also a one-piece arrangement can be realized.
  • the upper part has means for contacting with a lower part and a display window on which the switching state of the separating device is optically displayed.
  • the lower part contacted via corresponding mating contacts the upper part and also has connection means for the outer terminals.
  • the active element is a Matternapssbesky or an overvoltage switching component, which is monitored by the separation device to exceed a certain heating temperature. Exceeding given temperature values is considered to be the defective state of the active device (e.g., spark gap and / or varistor), requiring its disconnection from the power supply via the disconnect device.
  • Exceeding given temperature values is considered to be the defective state of the active device (e.g., spark gap and / or varistor), requiring its disconnection from the power supply via the disconnect device.
  • Figure Ia shows the upper part of a basic embodiment of a plug-in Matternapssabieiters on which the invention essentially builds.
  • the upper part of the plug-in insert (1) with integrally formed outer plug contacts for contacting with the lower part, where the line feed of the outer terminals.
  • both contact pieces (4, 6) consist of a single piece as a stamped, drawn or stamped part of a preferably thermally deformable and / or resilient and yet highly conductive material, at whose end or expression respectively contact springs (4b , 6b) or contact bracket (6a) for contacting the lower part or the arrester element (5) are integrally formed.
  • a first of the two contact pieces (4) is in its execution or
  • AusD staltung as switching tongue (4c) of a separation device formed with extended EigenD shanks with an embodiment of the switching tongue (4c) as a rail once without expression and in another embodiment with a center arranged expression is formed. It is essential that both versions of the contact pieces (4) consist of a single part.
  • the solder pad (4d) At its end is the solder pad (4d), the solder joint (4f) melts at a concomitant with a heating overload AbleiterDiatas (5) on the contact (5a) by heat transfer and with a switching movement of the switching tongue (4c) causes the intended shutdown ,
  • the switching movement of the switching tongue (4c) results from a spring tension indirectly via a Abtrennbock (2) a bias on the switching tongue (4c) and thus on the solder pad (4d) exerts.
  • This preload corresponds to the preload force Fl.
  • the separated switching tongue (4c) performs a correspondingly fast switching movement over a large opening path and thus ensures a safe separation between the arrester element (5) and the cable formed by the switching tongue (4c) ago.
  • the rotary movement performed by the separating block (2) is displayed in its end position (Ib) in a viewing window (Ia), so that the switching position of the separating block (2) can be recognized as a triggering state on the basis of its scarf surface (2d).
  • the spring preload Fl for the switching tongue (4c) is generated by a spring (3) having its fixed point at the end of a housing groove (4a).
  • the pressure force thus generated by the spring acts on the separating block (2) at point (2c), which in turn acts on the pivot bearing (2a) of the separating block and thus enables the already mentioned rotational movement.
  • the generated by the combination F1 / F2 Preloading the tab not only has reinforcing effect on the brazing process, but additionally increases the reliability of triggering a switching action by two independently acting, rectified forces.
  • the Lotstelle that connects the tongue with the arrester element is designed and manufactured so that the separation is done safely and at a time at which no thermal damage can be foreseen by a superheated discharge element. This Rankt is first determined by the choice of the solder, with the described mechanical bias provides a significant share to it. Furthermore, the Lotmenge at the Lotstelle (4f) (see Figure Ib) and the heat distribution must be optimized at the solder pad.
  • the solder pad (4d) is formed so that it receives only a limited amount of solder by the end of the switching tongue (4c) as a contact blade (4d '), which dips as a mating contact in a slot-shaped aperture (5c) and is soldered with its projecting part with the contact (5a) of the active element (5) is formed.
  • highly heat-conductive metals or metal alloys or coatings are preferably used at least or exclusively in the area of the solder contact point (4d).
  • the second contact piece (6) is shaped so that it via corresponding supports in the GeHouserenzteil, which is designed for receiving the components, a contact pressure on the bracket (6a) on the contact surface (5b) of the arrester element (5) exerts or is soldered with this contact piece.
  • the supports consist of braided webs, which at the same time increase the strength of the housing half part (1), so that a continuous contact pressure is also ensured by a corresponding rigidity of the carrier housing.
  • both contact pieces (4, 6) are guided and held in position.
  • the webs in certain areas act as insulation for the contact pieces or support or reinforce their shape there, thus making it possible for the contact pieces to be used, for example. can be mechanically loaded in the region of the plug contacts, without thereby deform.
  • the generation of the switching force F3 according to the invention will be explained with reference to FIGS 2 to 4. It unfolds its effect as soon as the Auslötvorgang is completed and moves the tongue in the direction of the end position for the open state. So it acts like the biasing force F2 demand-oriented but time-delayed together with fl.
  • Figures 2a and 2b show a first example of the invention in each case in the closed and in the tripped state.
  • the invention essential feature of this embodiment are two differently arranged pivot points, of which a first at the point (4e) of the switching tongue and a second on the Rankt (2a) is associated with the Abtrennbock.
  • the force effect of Fl biases the switching tongue in the direction of the switching movement via a fixed point (2b) on the disconnecting block in the untripped state.
  • the separation is initiated under the action of the force Fl on the fixed point (2b) on the switching tongue, wherein the force exerted by the fixed point on the switching tongue moves with increasing switching path in the direction of separation contact (4d).
  • the decreasing with increasing switching path spring force Fl is compensated so far that still sets a functionally flawless course of the separation process. Due to the initially balanced middle position Ll of the transmission via the fixed point on the switching tongue, the biasing force Fl compared to a severing device according to the prior art be substantially reduced.
  • FIGs 3a and 3b show a second example of the invention in each case in the closed and in the tripped state.
  • the triggering operation up to the position of the switching tongue shown in FIG. 3b is hitherto identical to that already described in FIG. 2a / 2b.
  • this variant of the invention has an additional function that, starting from this position of the switching position, which already represents the end position of the rotary movement through the Abtrennbock causes a further extension of the switching path. This switching position is shown in Figure 3c.
  • the switching tongue (4c) used for this purpose (FIG. 3d / 3e) is formed from a spring material which, in a certain area, has an expression with an arcuate web (4h).
  • the over-arched bridge acts as an integrated spring clip. Due to the mechanical preload, which experiences the switching tongue by the overbending of the web or the spring clip, acts in the soldered state, first a biasing force (F2 ') in the direction of Lotstelle, whereby the bias voltage is reduced in the switching direction by the spring force Fl. After the Auslötvorgang is completed, the switching tongue sets under the predominant influence of Fl in the usual way from the Lotstelle by a switching movement in the direction of the end position.
  • the overbend (4h) thereby undergoes an overstretching so that it abruptly tilts in the opposite direction S2 ', whereby the switching tongue altogether performs a tilting movement by deformation of the web toward the end position and thus the switching path on the actual end position of the switching movement Sl addition, the amount S2 additionally increased ( Figure 3c).
  • Figures 4a / 4b show a third variant of the invention in each case soldered and in the soldered state.
  • This variant has an approximately S-shaped pre-bent switching tongue (4c), as can be seen in Figure 4b in the soldered state.
  • the Auslötvorgang is in the range A.
  • the heating temperature T of the arrester increases starting at the ambient temperature Tu, until the Auslöttemperatur T A is reached.
  • the arrester cools off again over time.
  • the graph Figure 5a also shows clearly that the force F2 essentially supports the Auslötvorgang (area A). Another aim of the invention, however, is that for the switching operation (area B) another force comes into action, which supports or replaces the decreasing with increasing shift travel spring force of Fl, to achieve a high switching speed or a large switching path. Serves the switching force F3 which is provided by the means Figure 2 to Figure 4.
  • FIG. 5b shows the course of the forces resulting from the partial forces F1, F2 and F3
  • a separator for surge arrester with extended functionality assume that the over-voltage protection element to be monitored under the influence of a load or damage behaves so that it overheated. This overheating is practically the prerequisite that the soldering spot melts and ultimately in the manner described, the defective component separates from the supply voltage. Therefore, a separating device acting in this way can only be used effectively if a relatively sluggish shutdown is sufficient, which is in fact the case in most cases, especially since the current fuses usually to be provided externally in the power grid take over the rapid shutdown (eg short circuit).
  • a severing device with extended functionality should, however, be designed so that even a possible short circuit can be detected via the arrester element and switched off in good time. This measure has the following advantages:
  • the switching characteristic of the integrated short-circuit protection can be coordinated (coordinated) with the thermal separation
  • a short circuit of the surge arrester does not necessarily lead to the shutdown of the power supply of the consumer system due to the circuit protection (coordination dependent).
  • the cross section of the switching tongue is tapered at a suitable location.
  • the cross-section of this taper determines the current that leads to a power-related shutdown.
  • Another possibility is a quenching device, which under the thermal Influence of the arc releases a quenching gas.
  • the separating block is designed so that it pushes between the separated parts of the switching tongue, wherein the lower part is hollow-walled and encloses the separated lower part of the switching tongue in the manner of a switching chamber. This offers the arc no further foot, whereby it is interrupted.
  • the separating block or at least the hollow chamber made of a material that releases a quenching gas under the influence of the arc, which additionally prevents the expansion of the arc by cooling.
  • FIGS. 6a and 6b show such a current fuse integrated in the switching tongue.
  • FIG. 6a shows the switching tongue (4c), in the region of the support point for the
  • Fixed point (2b) has a cross-sectional taper (4i), which is formed from a bore or expression.
  • the divider block forms below the fixed point a switching chamber (2e), which separates the lower part of the switching tongue (4i ') during and after the current-related separation from the upper part (4i ") still connected to the soldering point, through the enclosure of the lower part the switching tongue, this area is electrically separated from the other parts by spacing and insulation ( Figure 6b).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dimensionierung einer Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter, deren Schaltbewegung durch eine Schaltzunge vollzogen wird, die über eine permanent wirkende Federkraft in Gegenrichtung zu der über ein Schutzlot hergestellten Haltekraft ausgerichtet ist. Erfindungsgemäß wird die auf die Schaltzunge bzw. deren Lotstelle zur Erzeugung einer Auslöt- bzw. Schaltkraft einwirkende Vorspannkraft neben einer permanent einwirkenden Vorspannkraft durch mindestens eine weitere, unabhängig davon wirkende weitere Vorspannkraft sowie einer ergänzenden Schaltkraft mit gleicher Wirkrichtung unterstützt, wobei sich deren Kräfteverteilung so einstellt, dass im Ruhezustand eine geringe resultierende Kraft auf die Lotstelle wirkt und eine möglichst große resultierende Kraft die Schaltbewegung während des Auslötvorgangs vollzieht.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Dimensionierung einer Abtrennvorrichtung für
Überspannungsabieiter
[0001] Die Erfindung betrifft eine Abtrenn Vorrichtung für Überspannungsabieiter, deren Abtrennstelle als eine thermisch beeinflussbare Lotverbindung ausgebildet ist.
[0002] Unter dem Einfluss einer Erwärmung, deren Wärmequelle vorzugsweise ein zu überwachendes Überspannungsschutzbauteil bildet, wird das Lot verflüssigt und infolge einer dadurch ausgelösten Schaltbewegung eines speziell dafür vorgesehenen Teils der Ab trenn Vorrichtung, eine elektrische Verbindung aufgetrennt. Das Teil der Ab trenn Vorrichtung, welches die Schaltbewegung ausführt, ist z.B. nach DE 295 19 313 Ul mittels einer in Schaltrichtung ausgerichteten Federkraft vorgespannt. Die Schaltbewegung erreicht ihren absoluten Endpunkt, sobald die Vorspannkraft dieser Feder aufgebraucht ist.
[0003] Von Abtrennvorrichtungen nach dem Stand der Technik ist als Nachteil bekannt, dass die Vorspannkraft, falls sie permanent auf die Lotstelle wirkt, bereits ohne thermischen Einfluss eine rein mechanische, nicht beabsichtigte Auslösung hervorrufen kann. Andererseits ist eine gewisse Vorspannkraft notwendig, um eine entsprechend wirkungsvolle Schaltbewegung zu erreichen, d.h. dass ein ausreichender Schaltweg (Trennabstand) und eine ausreichende Schaltgeschwindigkeit erreichbar sind.
[0004] Sowohl der Schaltweg als auch die Schaltgeschwindigkeit sind Parameter, die die Leistungsfähigkeit (Schaltvermögen) der Abtrennvorrichtung bestimmen. Da mit zunehmendem Schaltweg eine rein mechanische Vorspannkraft rapide abnimmt, ist es sehr schwierig, einerseits über den gesamten Schaltweg eine ausreichende Schaltgeschwindigkeit sicherzustellen und andererseits die Vorspannungskraft auf die Lotstelle auf einen Wert zu begrenzen, der mit ausreichender Sicherheit eine rein mechanisch bedingte Fehlauslösung ausschließt. In der Praxis ist deshalb ein Kompromiss erforderlich, der abhängig von der Ausführung der Lotstelle, der Lotmenge und schließlich auch der Zusammensetzung des Lotes eine ausreichende Vorspannkraft zulässt. Dies setzt einen stabilen Fertigungsprozess voraus, der besonders im Hinblick auf die Einführung bleifreier Lote neu bestimmt werden muss und in der Regel eine weitere Reduzierung der Vorspannkraft erforderlich macht.
[0005] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Lösung zu finden, die auf diese oben genannten geänderten Bedingungen mit einfachen Mitteln einzustellen ist. Zudem soll die Vorspannkraft soweit erhöht werden können, dass sich einerseits eine verbesserte Schaltleistung über den Schaltweg und die Schaltgeschwindigkeit ergibt, andererseits jedoch die Gefahr einer dadurch verursachten rein mechanischen Auslösung nicht besteht. [0006] Die Lösung der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung für
ÜberspannungsD ableiter mit erweitertem Funktionsumfang orientiert sich an folgenden Vorgaben:
- Eine Vorspannkraft Fl, die im normalen Zustand des zu überwachenden Elementes auf die Lotstelle einwirkt soll idealerweise gleich Null oder zumindest sehr gering sein, so dass in diesem Zustand das Lot mechaDnisch dauerhaft nicht oder nur wenig belastet wird;
- Eine weitere Vorspannkraft F2 soll demgegenüber den eingeleiteten Auslötvorgang beschleunigen, um die Lotverbindung zu dem zu überwachenden Element möglichst schnell zu unterbrechen, indem sie mit zunehmender bzw. ab einer bestimmten Lottemperatur die Vorspannung Fl unterstützend verstärkt;
- Eine Schaltkraft F3 soll die während des Schaltvorgangs gegebenenfalls abklingenden Kräfte Fl / F2 unterstützen, indem sie idealerweise mit zunehmendem Schaltweg in dem Maße zunimmt, wie die resultierende Kraft Fl / F2 abnimmt.
[0007] Die Kräfte Fl / F2 und F3 können als unabhängig voneinander organisierte Einzelkräfte aus einem oder auch aus mehreren gleichen oder unterschiedlichen Kraftspeichern erzeugt werden.
[0008] Erfindungsgemäß wird die Gesamt- Vorspannkraft, die auf die Lotstelle wirkt, mindestens aus zwei Teilkräften zusammengesetzt, deren Kraftwirkungen (Wirkrichtungen) sich in Richtung Schaltbewegung bedarfsgerecht ergänzend verstärken.
[0009] Neben einer ersten Vorspannkraft Fl, die permanent auf die Lotstelle wirkt, wirken zudem eine oder mehrere weitere Kräfte bedarfsorientiert, indem sie z.B. bei normaler Lottemperatur nahezu wirkungslos sind und erst mit zunehmender Lottemperatur oder während des Abtrenn- bzw. Schaltvorgangs ihre Kraftwirkung mit einbringen. Diese bedarfsgerecht entwickelte Kräfteeinwirkung bzw. -Verteilung kann zustands- oder temperaturabhängig stetig bzw. ab einem bestimmten Zustand der Schalterstellung und/oder einer bestimmten Temperatur schlagartig einsetzen.
[0010] Voraussetzung hierfür ist, dass alle Teilkräfte vektoriell so ausgerichtet sind, dass sie sich in ihrer Kraftwirkung zum richtigen, dafür geeigneten Zeitpunkt ergänzen. Dazu beruht die Erfindung auf einer verstärkten Kraftwirkung auf das Abtrennelement während des gesamten Abtrennprozesses, d.h. während der Auslöt- und der nachfolgenden Schaltphase, die durch zusätzliche thermische und/oder mechanische Effekte beeinflusst bzw. unterstützt wird. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn eine als Abtrennelement zur Anwendung kommende Schaltzunge selbst die thermische Kraftwirkung unterstützt oder diese Kraft gar aus ihr selbst heraus gebildet wird, indem sie z.B. aus einem Material hergestellt ist, das die dazu erforderlichen mechanischen/thermischen Eigenschaften aufweist.
[0011] Die bei der Erfindung angewandte Lösung erfordert eine bestimmte Ausgestaltung einer solchen Schaltzunge, wobei sich die nachfolgend beschriebenen Ausführungen bzw. Varianten in diesem Sinne als vorteilhaft erwiesen haben.
[0012] Die Schaltzunge ist aus einem Formteil gebildet, an dessen erstem auslaufendem Ende ein Kontaktbügel zur äußeren Kontaktierung mit einem Steckteil und an dessen zweitem auslaufendem Ende eine speziell ausgebildete oder ausbildbare Lotspitze angeformt ist. Diese Lotspitze wird über eine definierte Lotstelle mit dem aktiven, im Störfall als Wärmequelle dienenden Teil des Ableiters verbunden und bildet so eine elektrische/thermische Verbindung, die mithilfe der beschriebenen Vorspannkraft Fl bei entsprechendem Temperatureinfluss ausgelötet, eine Schaltbewegung ausführt.
[0013] Durch die Schaltbewegung wird der Stromkreis über den nun schadhaften Ableiter dauerhaft unterbrochen.
[0014] Da die Vorspannkraft Fl alleine erfindungsgemäß nur eine geringe Kraftwirkung auf die Lotstelle ausübt, soll eine zweite Vorspannkraft F2 bedarfsorientiert in den Abtrennvorgang eingreifen. Diese kann einerseits thermisch bewirkt sein, indem sie z.B. bereits während die Lotstelle „aufgeheizt" wird stetig oder schlagartig zunimmt und so den Auslötvorgang unterstützt. Andererseits kann der nach der Auslötung einsetzende Trennvorgang durch die Vorspannkraft F2 unterstützt werden, indem sie so wirkt, dass der Abtrennvorgang eine zusätzliche „Beschleunigung" erfährt, indem z.B. der Schaltweg durch eine weitere Öffnung der Trennstrecke durch Verformung der Schaltzunge vergrößert wird. Dadurch wird die elektrische Trennung verbessert, was besonders bei höheren Systemspannungen von Vorteil ist.
[0015] Beide Lösungsansätze können vorteilhafterweise alleine oder in Kombination angewendet werden. Aus der Kombination ergibt sich zusätzlich eine gewisse Redundanz des Abtrennvorgangs, da beide Kräfte unabhängig voneinander den eingeleiteten Abtrennvorgang, nämlich den Auslötvorgang einerseits und den anschließenden Schaltvorgang andererseits unterstützen.
[0016] Im Weiteren wird die zusammen mit der ersten Vorspannkraft Fl wirkende vorwiegend thermisch bedingte Vorspannkraft mit F2 und die nach dem Auslötvorgang zusammen mit Fl vorwiegend mechanisch wirkende Vorspannkraft als Schaltkraft F3 bezeichnet.
[0017] Zur Bereitstellung der thermisch bedingten Vorspannkraft F2 besteht die Schaltzunge aus einem metallischen, elektrisch leitfähigen Material, das unter Wärmeeinfluss verformbar ist. Solche Metalle weisen nach dem Stand der Technik zwei verschiedene stabile Formzustände auf, die sich temperaturabhängig einstellen. Im Falle der Schaltzunge entspricht ein erster stabiler Zustand, der sich unter Normalbedingen ergibt, dem geschlossenen Zustand der Ab trenn Vorrichtung. Seine Kraftwirkung ist in dieser Stellung so gerichtet, dass er keine oder nur eine geringe zusätzliche Vorspannkraft erzeugt. Der zweite stabile Zustand, der sich unter Wärmeeinfluss einstellt, entspricht dagegen dem geöffneten Zustand der Ab trenn Vorrichtung, so dass mit zunehmender Erwärmung die Vorspannung ansteigt (stetig bzw. sprunghaft) und damit die mechanische Vorspannung auf die Lotstelle verstärkt. So wird eine bedarfsgerechte Vorspannung erzeugt, die letztlich auch für sich alleine gesehen zu hohen Schaltgeschwindigkeiten auch bei großen Schaltwegen führt.
[0018] Für die Bereitstellung einer solchen Funktion sind z.B. sogenannte Bi-Metalle oder Memorymetalle geeignet. Während Bi-Metalle aus zwei Metallen zusammengesetzt sind, die sich unter Wärmeeinfluss unterschiedlich ausdehnen und somit das gesamte Teil in eine vorbestimmbare Richtung verformen, bestehen die Memorymetalle aus einer Metalllegierung (z.B. Nickel/Titan). Im Gegensatz zu den Bimetallen, wo sich mit steigender Temperatur das Bestreben in den zweiten stabilen Zustand überzugehen stetig zunimmt, weisen die Memorymetalle einen bestimmten Temperaturpunkt auf, bei dem sie sich schlagartig in der Art einer Schaltbewegung vom einen in den anderen Zustand bewegen und dort auch verbleiben, wenn die Temperatur, die zur Auslösung geführt hat, wieder abgefallen ist.
[0019] Bei der Ausführung mit einem Bimetall muss ggf. für den Fall der Abkühlung eine Rückhaltung vorgesehen werden, die das Wiedereinschalten der Abtrennvorrichtung verhindert. Ansonsten würde sich der Vorgang der Abtrennung zyklisch wiederholen.
[0020] Als weitere Ausgestaltung ist die Ausführung einer Schaltzunge denkbar, die selbst zusätzlich zu dem erwähnten thermischen Effekt einer Vorspannkraft F2 auch die erste, mechanisch bedingte Vorspannkraft Fl erzeugt, indem sie ganz oder teilweise aus einer Kombination eines der erwähnten thermischen Materialien mit einem federnden Material besteht. Bei einer solchen Ausführung kann sowohl ein bestimmter Bereich als auch die gesamte Schaltzunge in Sandwich-Bauweise mit dem thermisch reagierenden Metall ausgestattet sein. Eine mechanische Zug- oder Druckfeder zur Erzeugung der Vorspannkraft Fl wird dabei unter Umständen durch den federnden Effekt des Schaltzungenmaterials ersetzt. Insgesamt ist die erzielbare Wirkung einer solchen Kombination aber die gleiche wie bei der Ausführung nach der ersten Variante mit den funktionell getrennten Elementen zur Erzeugung der Kraftwirkung F1/F2 Ein Vorteil kann sich bei bestimmten Anwendungen ergeben, bei denen z.B. die Gefahr besteht, dass sich die mechanische Aufhängung der Feder für die Vorspannkraft Fl löst (z.B. durch mechanischen Erschütterungen) oder die Hatz Verhältnisse eine kompakte Ausführung der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung erfordern.
[0021] Wie bereits erwähnt, nimmt die Vorspannkraft Fl während der Schaltbewegung mit zunehmendem Schaltweg stetig ab. Dieser Effekt kann von der Vorspannkraft F2nur teilweise kompensiert werden, da sich diese Teilkraft nur in der Auslötphase entfaltet und nachdem durch den Abtrennvorgang die Wärmezuführung unterbrochen wird, auch diese Kraft mehr oder weniger stetig abnimmt. Um zu verhindern, dass dadurch der Kräfteeintrag insgesamt für eine effektive Schaltbewegung über den gesamten Schaltweg nicht mehr ausreicht, ist gemäß der Erfindung eine weitere Kraft F3 vorgesehen, die sich während des Schaltvorgangs entfaltet und so die nachlassende Wirkung von Fl bzw. F2 zumindest teilweise kompensiert.
[0022] Die Bereitstellung dieser weiteren Kraft erfolgt ausschließlich während des Schaltvorgangs und entfaltet sich gegenüber den Vorspannkräften F1/F2 richtungsgleich, jedoch zeitlich versetzt invers. Sie wird aus der Bewegung der Schaltzunge abgeleitet indem durch eine stetige Verlagerung eines Kraftübertragungspunktes entlang der Schaltzunge das einwirkende Kräfteverhältnis durch veränderte Kraft- und oder Hebelwirkungen so beeinflusst wird, dass die daraus resultierende Kraft F3 mit zunehmendem Schaltweg stetig zunimmt.
[0023] Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren 1 bis 6 näher erläutert werden.
[0024] Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele beziehen sich ausgehend von einer gemeinsamen Grundversion auf drei Varianten der Erfindung, anhand derer die relevanten Funktionen, sowie weitere Details beschrieben und dargestellt werden.
[0025] Die Erfindung stellt eine Abtrennvorrichtung für Überspannungsabieiter mit erweitertem Funktionsumfang dar, der darin besteht, dass eine erste Vorspannkraft Fl nach dem Stand der Technik durch mindestens eine zweite, erfindungsgemäße Vorspannkraft F2 oder Schaltkraft F3 bedarfsgerecht unterstützt wird, um die Auslöse- sowie Schaltcharakteristik dahingehend zu verbessern, dass einerseits die Kraftwirkung auf die Lotstelle bei normaler Umgebungstemperatur vermindert und andererseits der Abtrennweg bzw. die Abtrenngeschwindigkeit gegenüber dem Stand der Technik erhöht ist. Die Abtrennmittel der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung befinden sich zusammen mit dem zu überwachenden Überspannungs-Schutzelement bevorDzugt in dem aufsteckbaren Oberteil eines zweiteiligen Gehäuses, sind aber prinzipiell auch einer einteiligen Anordnung realisierbar ist. Zudem weist das Oberteil Mittel zur Kontaktierung mit einem Unterteil und ein Anzeigefenster auf, an dem der Schaltzustand der Abtrennvorrichtung optisch angezeigt wird. Das Unterteil, kontaktiert über entsprechende Gegenkontakte das Oberteil und weist zudem Anschlussmittel für die äußeren Anschlüsse auf.
[0026] Das aktive Element stellt dabei ein Überspannungsbegrenzendes oder ein Überspannungsschaltendes Bauteil dar, das von der Abtrenn Vorrichtung auf Überschreitung einer bestimmten Erwärmungstemperatur überwacht wird. Die Überschreitung vorgegebener Temperaturwerte wird als Defektzustand des aktiven Bauteils (z.B. Funkenstrecke und/oder Varistor) gewertet, was dessen Trennung von der Energiezufuhr über die Abtrennvorrichtung erfordert.
[0027] Figur Ia zeigt das Oberteil einer grundlegenden Ausführung eines steckbaren Überspannungsabieiters, auf der die Erfindung im Wesentlichen aufbaut.
[0028] Hierbei besteht das Oberteil aus dem steckbaren Einsatz (1) mit angeformten äußeren Steckkontakten zur Kontaktierung mit dem Unterteil, an dem die Leitungszuführung der äußeren Anschlüsse erfolgt.
[0029] Die beiden äußeren Steckkontakte führen ins Gehäuseinnere und kontaktieren dort beidseitig das Ableiterelement (5). Erfindungsrelevant ist dabei, dass beide Kontaktstücke (4, 6) aus einem einzigen Stück als Stanz-, Zieh- oder Prägeteil aus einem vorzugsweise thermisch verformbaren und / oder federnden und dennoch gut leitfähigen Material bestehen, an dessen Ende bzw. Ausprägung jeweils Kontaktfedern (4b, 6b) oder Kontaktbügel (6a) zur Kontaktierung des Unterteils bzw. des Ableiterelementes (5) angeformt sind.
[0030] Ein erstes der beiden Kontaktstücke (4) ist in seiner Ausführung bzw.
AusgeD staltung als Schaltzunge (4c) einer Abtrenn Vorrichtung mit erweiterten EigenD Schäften ausgebildet, wobei eine Ausgestaltung der Schaltzunge (4c) als Schiene einmal ohne Ausprägung und bei einer weiteren Ausführung mit einer mittig angeordnete Ausprägung ausgebildet ist. Wesentlich ist dabei, dass beide Ausführungen der Kontaktstücke (4) aus einem einzigen Teil bestehen. An deren Ende befindet sich die Lotkontaktstelle (4d), deren Lotverbindung (4f) bei einer mit einer Erwärmung einhergehenden Überlastung des AbleiterDelementes (5) an dessen Kontakt (5a) durch Wärmeübertragung aufschmilzt und mit einer Schaltbewegung der Schaltzunge (4c) die beabsichtigte Abschaltung bewirkt.
[0031] Die Schaltbewegung der Schaltzunge (4c) resultiert aus einer Federspannung, die indirekt über einen Abtrennbock (2) eine Vorspannung auf die Schaltzunge (4c) und damit auf die Lotkontaktstelle (4d) ausübt. Diese Vorspannung entspricht der Vorspannkraft Fl. Durch die Drehbewegung des Abtrennbocks (2) führt die abgetrennte Schaltzunge (4c) eine entsprechend schnelle Schaltbewegung über einen großen Öffnungsweg aus und stellt damit eine sichere Trennung zwischen dem Ableiterelement (5) und der durch die Schaltzunge (4c) gebildeten Leitungszuführung her. Gleichzeitig wird die vom Abtrennbock (2) ausgeführte Drehbewegung in ihrer Endstellung (Ib) in einem Sichtfenster (Ia) angezeigt, so dass nach außen hin die Schaltstellung des Abtrennbocks (2) anhand seiner Schaufläche (2d) als Auslösezustand erkennbar ist.
[0032] Die Federvorspannung Fl für die Schaltzunge (4c) wird durch eine Feder (3) erzeugt, die ihren Festpunkt am Ende einer Gehäusenut (4a) hat. Die so von der Feder erzeugte Druckkraft wirkt auf den Abtrennbock (2) am Punkt (2c), der wiederum auf das Drehlager (2a) des Abtrennbocks wirkt und so die bereits erwähnte Drehbewegung ermöglicht.
[0033] Zunächst wirkt also die Federvorspannung Fl über den Abtrennbock (2) auf die
Schaltzunge (4c) und damit auf die Lotkontaktstelle (4d). Eine weitere Unterstützung kann sie dadurch erfahren, dass die Schaltzunge (4c) selbst eine Vorspannung erzeugt, die aus einer Federspange oder aus einem Bimetall- oder Memorymetallstreifen bestehen kann. Während die Wirkung der Federspange hauptsächlich in der Schaltphase zum Tragen kommt, können thermisch verformbare Metalle, die so zusammengestellt sind, dass sie (mindestens) zwei stabile, temperaturabhängige Stellungen oder AusformunDgen annehmen können, zur Unterstützung des Auslötvorgangs herangezogen werden. Dieser Effekt wird bei der Erfindung so genutzt, dass die Schaltzunge mit zunehmender Temperatur eine zunehmende Zugkraft F2 in Schaltrichtung erfährt und somit zuzüglich zur Federkraft Fl die Vorspannung erhöht, was den eingeleiteten Auslöt- und den nachfolgenden Abtrenn- bzw. Schaltvorgang positiv beeinflusst. Die durch die Kombination F1/F2 erzeugte Vorspannung der Schaltzunge hat nicht nur verstärkende Wirkung auf den Auslötvorgang, sondern erhöht zusätzlich die Zuverlässigkeit der Auslösung eines Schaltvorgangs durch zwei unabhängig einwirkende, gleichgerichtete Kräfte.
[0034] Die Lotstelle, die die Schaltzunge mit dem Ableiterelement verbindet, ist so ausgelegt und hergestellt, dass die Abtrennung sicher und zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem noch keine thermischen Schäden durch ein überhitztes Ableiterelement abzusehen sind. Dieser Rankt wird zunächst durch die Wahl des Lotes bestimmt, wobei auch die beschriebene mechanische Vorspannung einen wesentlichen Anteil dazu liefert. Weiterhin müssen die Lotmenge an der Lotstelle (4f) (siehe Figur Ib) und die Wärme Verteilung an der Lotkontaktstelle optimiert sein.
[0035] Dazu ist zunächst die Lotkontaktstelle (4d) so ausgeformt, dass sie nur eine begrenzte Menge Lot aufnimmt, indem das Ende der Schaltzunge (4c) als Kontaktmesser (4d'), das als Gegenkontakt in einen schlitzförmigen Durchbruch (5c) eintaucht und mit seinem durchragenden Teil mit dem Kontakt (5a) des aktiven Elementes (5) verlötet wird, ausgebildet ist. Um eine optimale Wärmeverteilung zu erreichen, werden bevorzugt hochwärmeleitfähige Metalle oder Metalllegierungen bzw. Überzüge zumindest oder ausschließlich im Bereich der Lotkontaktstelle (4d) verwendet.
[0036] Das zweite Kontaktstück (6) ist so ausgeformt, dass es über entsprechende Abstützungen in dem Gehäusehalbteil, welches für die Aufnahme der Bauteile ausgebildet ist, einen Kontaktdruck über den Bügel (6a) auf die Kontaktfläche (5b) des Ableiterelementes (5) ausübt bzw. mit diesem Kontaktstück verlötet ist. Die Abstützungen bestehen aus miteinander verflochtenen Stegen, die gleichzeitig die Festigkeit des Gehäusehalbteiles (1) erhöhen, so dass ein kontinuierlicher Kontaktdruck auch durch eine entsprechende Steifigkeit des Trägergehäuses sichergestellt ist.
[0037] Durch die Stege im tragenden Gehäusehalbteil werden beide Kontaktstücke (4, 6) geführt und in ihrer Lage gehalten. Gleichzeitig wirken die Stege in bestimmten Bereichen als Isolation für die Kontaktstücke bzw. stützen oder verstärken dort deren Form und ermöglichen so, dass die Kontaktstücke z.B. im Bereich der Steckkontakte mechanisch belastet werden können, ohne sich dadurch zu verformen.
[0038] Die Erzeugung der erfindungsgemäßen Schaltkraft F3 wird anhand der Figuren 2 bis 4 erklärt. Sie entfaltet ihre Wirkung sobald der Auslötvorgang vollzogen ist und sich die Schaltzunge in Richtung Endstellung für den geöffneten Zustand bewegt. Sie wirkt also wie die Vorspannkraft F2 bedarfsorientiert jedoch zeitversetzt zusammen mit Fl.
[0039] Die betreffenden Ausführungen in den Figuren 2 bis 4 entsprechen weitestgehend der Grundversion nach Figur 1, weshalb hier nur diejenigen Elemente bezeichnet sind, die im unmittelbaren Zusammenhang mit der beschriebenen Funktion der jeweiligen Version stehen. Gemeinsame erfindungswesentliche Merkmale dieser drei erweiterten Funktionen sind
- ein Festpunkt (2b) auf dem Abtrennbock, der die von den Vorspannkräften F1/F2 erzeugte und über den Abtrennbock übertragene, zunächst statische und nach dem Auslötvorgang in eine Drehbewegung umgesetzte Kraft abhängig von der Schaltstellung der Schaltzunge an einem bestimmten Rankt überträgt und dadurch eine sich stetig erweiternde Hebelkraft erzeugt,
- bestimmte Modifikationen der Schaltzunge, die eine gespeicherte statische Energie im Zuge der Schaltbewegung in eine richtungsgleiche Bewegungsenergie umwandeln und so die abklingenden Vorspannkräfte unterstützen.
[0040] Die Figuren 2a und 2b zeigen ein erstes Beispiel der Erfindung jeweils im geschlossen und im ausgelösten Zustand.
[0041] Das erfindungswesentliche Merkmal dieses Ausführungsbeispiels sind zwei unterschiedlich angeordnete Drehpunkte, von denen ein erster am Punkt (4e) der Schaltzunge und ein zweiter am Rankt (2a) dem Abtrennbock zugeordnet ist. Die Kraftwirkung von Fl spannt im nicht ausgelösten Zustand über einen Festpunkt (2b) am Abtrennbock die Schaltzunge in Richtung der Schaltbewegung vor. Nach vollzogener Auslötung wird unter Einwirkung der Kraft Fl über den Festpunkt (2b) auf der Schaltzunge die Abtrennung eingeleitet, wobei sich die Krafteinwirkung die der Festpunkt auf die Schaltzunge ausübt mit zunehmendem Schaltweg in Richtung Abtrennkontakt (4d) bewegt. Diese Verlagerung der Kraftübertragung bewirkt eine Änderung der Kräfteaufteilung über die Länge der Schaltzunge zwischen dem Drehlager am Punkt (4e) und dem Auslötkontakt (4d), indem sich die Länge eines Hebelarmes L mit zunehmendem Schaltweg ausgehend von einer ausgeglichenen mittleren Position Ll in Bild 2a in eine ungleichgewichtige obere Position L2 in Bild 2b erstreckt.
[0042] So wird die bei zunehmendem Schaltweg abnehmende Federkraft Fl soweit kompensiert, dass sich trotzdem ein funktionell einwandfreier Verlauf des Abtrenn Vorgangs einstellt. Durch die anfänglich ausgeglichene mittlere Position Ll der Kraftübertragung über den Festpunkt auf die Schaltzunge kann die Vorspannkraft Fl gegenüber einer Abtrenn Vorrichtung nach dem Stand der Technik wesentlich reduziert sein.
[0043] Die Figuren 3a und 3b zeigen ein zweites Beispiel der Erfindung jeweils im geschlossen und im ausgelösten Zustand. Der Auslösevorgang bis zu der in Figur 3b dargestellten Position der Schaltzunge ist bis dahin identisch mit demjenigen, wie er in Figur 2a/2b bereits beschrieben wurde. Darüber hinaus weist diese Variante der Erfindung eine Zusatzfunktion auf, die ab dieser Position der Schaltstellung, die ja bereits die Endstellung der Drehbewegung durch den Abtrennbock darstellt eine weitere Verlängerung des Schaltweges bewirkt. Diese Schaltstellung ist in Figur 3c dargestellt.
[0044] Die hierfür zur Anwendung kommende Schaltzunge (4c) (Figur 3d/3e) wird aus einem Federmaterial ausgeformt, das in einem bestimmten Bereich eine Ausprägung mit einem überbogenen Steg (4h) aufweist. Der überbogene Steg wirkt als integrierte Federspange. Durch die mechanische Vorspannung, die die Schaltzunge durch die Überbiegung des Steges bzw. der Federspange erfährt, wirkt im eingelöteten Zustand zunächst eine Vorspannkraft (F2') in Richtung Lotstelle, wodurch die Vorspannung in Schaltrichtung durch die Federkraft Fl reduziert ist. Nachdem der Auslötvorgang abgeschlossen ist, setzt sich die Schaltzunge unter dem überwiegenden Einfluss von Fl in gewohnter Weise von der Lotstelle durch eine Schaltbewegung in Richtung Endstellung ab. Ab einer bestimmten Schaltstellung erfährt die Überbiegung (4h) dadurch eine Überdehnung, so dass sie schlagartig in die entgegengesetzte Richtung S2' kippt, wodurch die Schaltzunge insgesamt eine Kippbewegung durch Verformung des Steges in Richtung Endstellung vollzieht und damit den Schaltweg über die eigentliche Endstellung der Schaltbewegung Sl hinaus um den Betrag S2 zusätzlich vergrößert (Figur 3c).
[0045] Die Figuren 4a/4b zeigen eine dritte Variante der Erfindung jeweils im eingelöteten und im ausgelöteten Zustand. Diese Variante weist eine etwa S-förmig vorgebogene Schaltzunge (4c) auf, wie sie in Figur 4b im ausgelöteten Zustand zu erkennen ist.
[0046] Im geschlossenen Zustand nach Figur 4a wird der vordere Bereich der Schaltzunge in eine U-Form gebogen, deren offenes Ende (4d') in einen Schlitz (5c) der Lotkontaktfahne (5a) ragt und darin verlötet wird. Auch hier überträgt der Festpunkt (2b) des Abtrennbocks die Vorspannkraft Fl der Feder auf die Schaltzunge und verändert während der der Auslötung folgenden Trennbewegung seinen Angriffspunkt so, dass er die Trennbewegung unterstützt. Als Folge davon wird das verlötete Ende der Schaltzunge aus dem Schlitz der Lotkontaktfahne herausgezogen und vollzieht die Trennung ebenfalls durch eine Verformung der Schaltzunge, indem sie wieder ihre ursprüngliche S-Form einnimmt. Während das ausgelötete Ende dadurch nach oben schnappt, wird die Schaltbewegung bis zur Endstellung (Ib) des Abtrennbocks fortgeführt.
[0047] Figur 5a zeigt beispielhaft das Zusammenwirken der einzelnen Teilkräfte Fl, F2 und F3 während eines Auslötvorganges durch Erwärmung T des zu überwachenden Ableiterelementes mit anschließender Abtrennung der Schaltzunge und dem Schaltweg, den die Schaltzunge bis zum Endanschlag zurücklegt.
[0048] Der Auslötvorgang liegt im Bereich A. Die Erwärmungstemperatur T des Ableiters steigt dabei beginnend bei der Umgebungstemperatur Tu an, bis die Auslöttemperatur TA erreicht ist. Durch die im Bereich B zum Zeitpunkt t2 eingeleitete Abtrennung von der Energiezufuhr kühlt der Ableiter über die Zeit wieder ab. So wird eine Überhitzung des Gesamtsystems, die sich im ungünstigsten Fall bzw. fehlender Abtrennvorrichtung zu einer Brandgefährdung entwickeln könnte, vermieden.
[0049] Während des Auslötvorgangs steigt die Kraftwirkung der Vorspannkraft F2 kontinuierlich an, während die Vorspannkraft Fl permanent auf die Schaltzunge und damit auf die zu diesem Zeitpunkt noch nicht aufgelötete Lotstelle wirkt.
[0050] An der Schnittstelle Bereich A zu Bereich B ist zum Zeitpunkt t2 der
Auslötvorgang abgeschlossen. Die Schaltzunge wird zunächst maßgeblich unter Einwirkung der mit zunehmendem Schaltweg nachlassenden Kräfte Fl und F2in Richtung Endstellung t3 bewegt, während die Kraft F3 in diesem Bereich mit Mitteln, die in den Erläuterungen zu den Figuren 2 bis 4 beschrieben sind, bis zur Endstellung ansteigt.
[0051] Das Diagramm Figur 5a zeigt zudem deutlich, dass die Kraft F2im Wesentlichen den Auslötvorgang (Bereich A) unterstützt. Weiteres Ziel der Erfindung ist allerdings auch, dass für den Schaltvorgang (Bereich B) eine weitere Kraft zur Wirkung kommt, die die mit zunehmendem Schaltweg nachlassende Federkraft von Fl unterstützt oder ersetzt, um eine hohe Schaltgeschwindigkeit bzw. einen großen Schaltweg zu erzielen. Dazu dient die Schaltkraft F3 die nach den Mitteln Figur 2 bis Figur 4 bereitgestellt wird.
[0052] Figur 5b zeigt den Verlauf der aus den Teilkräften Fl, F2und F3 resultierenden
Gesamtkraft FRG im Vergleich zum Verlauf der Vorspannkraft Fl. Man erkennt, dass die zusätzlichen Maßnahmen der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik (hier durch den Verlauf von Fl repräsentiert) deutliche Vorteile aufweist.
[0053] Die erläuterten Ausführungen einer Abtrennvorrichtung für Überspannungsabieiter mit erweitertem Funktionsumfang gehen davon aus, dass sich das zu überwachende Überspannungsschutzelement unter dem Einfluss einer Belastung oder Beschädigung so verhält, dass es sich übermäßig erhitzt. Diese Überhitzung bildet praktisch die Vorraussetzung, dass die Lotstelle aufschmilzt und letztlich in der beschriebenen Art und weise das defekte Bauteil von der Versorgungsspannung abtrennt. Eine auf diese Art wirkende Abtrennvorrichtung kann deshalb auch nur dann wirkungsvoll eingesetzt werden, wenn eine relativ träge Abschaltung ausreicht, was in den meisten Fällen auch tatsächlich der Fall ist, zumal die meistens extern im Stromnetz vorzusehenden Stromsicherungen die Schnellabschaltung (z.B. bei Kurzschluss) übernehmen. [0054] Eine Abtrennvorrichtung mit erweitertem Funktionsumfang sollte jedoch so konzipiert sein, dass auch ein eventueller Kurzschluss über das Ableiterelement erkannt und rechtzeitig abgeschaltet werden kann. Diese Maßnahme hat folgende Vorteile:
- Es ist kein externer Kurzschlussschutz erforderlich, bzw. die Anwendung ist von dessen Bemessung unabhängig;
- die Schaltcharakteristik des integrierten Kurzschlussschutzes kann mit der der thermischen Abtrennung abgestimmt (koordiniert) werden;
- die thermische Abtrennung und die Kurzschlussabtrennung können am Überspannungsabieiter angezeigt werden;
- Ein Kurzschluss des Überspannungsabieiters führt nicht zwangsläufig zur Abschaltung der Stromversorgung der Verbraucheranlage durch die Stromkreissicherung (koordinations abhängig) .
[0055] Wie auch immer besteht durch eine weitere Modifikation der Schaltzunge die
Möglichkeit, eine Kurzschlusssicherung einzurichten. Dazu wird der Querschnitt der Schaltzunge an einer dafür geeigneten Stelle verjüngt. Der Querschnitt dieser Verjüngung bestimmt den Strom, der zu einer strombedingten Abschaltung führt.
[0056] Der bei der strombedingten Abschaltung an der Trennstelle auftretende Lichtbogen wird, um dessen Auswirkungen zu begrenzen, am Aufbau behindert. Dazu wird in konventionellen Stromsicherungen eine Löschsandfüllung vorgesehen, die die Lichtbogenstelle umgibt und den entstehenden Lichtbogen soweit herunterkühlt, dass er sich gar nicht erst ausweiten kann.
[0057] Nach dem Stand der Technik ist von Trennschaltern allerdings auch bekannt, die Lichtbogenkühlung durch so genannte Funkenlöschkammern herbeizuführen. Hier wird der Lichtbogen in Teillichtbögen aufgeteilt und mittels Kühlbleche abgekühlt.
[0058] Eine weitere Möglichkeit bietet eine Löscheinrichtung, die unter dem thermischen Einfluss des Lichtbogens ein Löschgas freisetzt.
[0059] Um den Lichtbogen an der strombedingten Schmelzstelle der Schaltzunge zu beherrschen, sind bei der Erfindung zwei Maßnahmen vorgesehen.
[0060] Zum einen ist der Abtrennbock so ausgeführt, dass er sich zwischen die aufgetrennten Teile der Schaltzunge schiebt, wobei der untere Teil hohlwandig ausgebildet ist und den abgetrennten unteren Teil der Schaltzunge in Art einer Schaltkammer umschließt. Damit bietet sich dem Lichtbogen kein weiterer Fußpunkt, wodurch er unterbrochen wird.
[0061] Zum zweiten besteht der Abtrennbock bzw. zumindest die Hohlkammer aus einem Werkstoff, der unter dem Einfluss des Lichtbogens ein Löschgas freisetzt, welches zusätzlich die Ausdehnung des Lichtbogens durch Kühlung unterbindet.
[0062] Die Figuren 6a und 6b zeigen eine solche, in die Schaltzunge integrierte Stromsicherung.
[0063] Figur 6a zeigt die Schaltzunge (4c), die im Bereich des Auflagepunktes für den
Festpunkt (2b) eine Querschnittsverjüngung (4i) aufweist, die aus einer Bohrung oder Ausprägung gebildet ist. Der Abtrennbock bildet unterhalb des Festpunktes eine Schaltkammer (2e) aus, die den unteren Bereich der Schaltzunge (4i') während und nach der strombedingten Abtrennung vom oberen, noch mit der Lotstelle verbundenen Teil (4i") abtrennt. Durch die Einhausung des unteren Teils der Schaltzunge ist dieser Bereich elektrisch von den übrigen Teilen durch Beabstandung und Isolierung getrennt (Figur 6b).
[0064] Bezugszeichenliste
[0065] 1 steckbarer Einsatz
[0066] Ia Sichtfenster
[0067] Ib Endstellung
[0068] 2 Abtrennbock
[0069] 2a Drehlager [2]
[0070] 2b Festpunkt
[0071 ] 2c Kraftübertragung [3]
[0072] 2d Schaufläche
[0073] 2e Schaltkammer
[0074] 3 Feder
[0075] 4 Kontaktstück
[0076] 4a Gehäusenut, Anschlag für [3]
[0077] 4b Steckkontakt, Kontaktfeder [0078] 4c Schaltzunge
[0079] 4d Lotkontaktstelle, Abtrennkontakt
[0080] 4d' Kontaktmesser
[0081] 4e Drehpunkt
[0082] 4f Lotverbindung
[0083] 4g --
[0084] 4h überbogener Steg [4c]
[0085] 4i Querschnittsverjüngung [4c]
[0086] 4i' Schaltzunge, unterer Bereich
[0087] 4i" Schaltzunge, oberer Bereich
[0088] 5 Ableiterelement
[0089] 5 a Ableiterkontakt
[0090] 5b Kontaktfläche
[0091] 5c Durchbruch
[0092] 6 Kontaktstück
[0093] 6a Kontaktbügel
[0094] 6b Steckkontakt, Kontaktfeder
[0095]

Claims

Ansprüche
[0001] Verfahren zur Dimensionierung einer Abtrenn Vorrichtung für einen
Überspannungsabieiter, deren Schaltbewegung durch eine Schaltzunge vollzogen wird, die über eine permanent wirkende Federkraft in Gegenrichtung zu der über ein Schutzlot hergestellten Haltekraft ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Schaltzunge bzw. deren Loteteile zur Erzeugung einer Auslöt- bzw. Schaltkraft einwirkende Vorspannkraft neben einer permanent einwirkenden Vorspannkraft durch mindestens eine weitere, unabhängig davon wirkende weitere Vorspannkraft sowie einer ergänzenden Schaltkraft mit gleicher Wirkrichtung unterstützt wird, wobei sich deren Kräfteverteilung so einstellt, dass im Ruhezustand eine geringe resultierende Kraft auf die Loteteile wirkt und eine möglichst große resultierende Kraft die Schaltbewegung während des Auslötvorgangs vollzieht.
[0002] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Teilkraft aus einer mechanisch und / oder thermisch wirkenden Druckoder Zugkraft gebildet ist.
[0003] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Teilkraft aus einer durch Formgebung der Schaltzunge und/oder durch Verlagerung eines Kraftübertragungspunktes auf die Schaltzunge hervorgerufenen Vorspannung resultierenden Druck- oder Zugkraft gebildet ist.
[0004] Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Teilkraft zeitversetzt wirken.
[0005] Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung des Kraftübertragungspunktes aus einer Drehbewegung abgeleitet ist.
[0006] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung durch einen unter Vorspannung stehenden Trennbock erzeugt wird. [0007] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennbock ein Drehlager aufweist. [0008] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Trennbock ein Festpunkt angeformt ist. [0009] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Trennbock ein Mitnehmer angeformt ist. [0010] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Trennbock eine Schaltklappe angeformt ist. [0011] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltbewegung der Abtrennung über eine vorgeformte Schaltzunge vorgenommen wird. [0012] Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe eine Anzeigefläche aufweist. [0013] Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklappe eine Anzeigefläche freigibt. [0014] Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltzunge eine sehaltmesserförmige Lotkontakteteile aufweist. [0015] Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltzunge in ihrem unteren Bereich ein Drehlager aufweist. [0016] Ab trenn Vorrichtung, dimensioniert und hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15.
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