WO2013182276A1 - Kontaktelement für einen varistor - Google Patents

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WO2013182276A1
WO2013182276A1 PCT/EP2013/001556 EP2013001556W WO2013182276A1 WO 2013182276 A1 WO2013182276 A1 WO 2013182276A1 EP 2013001556 W EP2013001556 W EP 2013001556W WO 2013182276 A1 WO2013182276 A1 WO 2013182276A1
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WO
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varistor
var
contacting
connection points
electrical connection
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PCT/EP2013/001556
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Joachim Wosgien
Markus Philipp
Jan-Erik Schmutz
Rainer Durth
Original Assignee
Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/142—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors the terminals or tapping points being coated on the resistive element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H—ELECTRICITY
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    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors
    • H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure

Definitions

  • the invention relates to a contact element for a
  • Varistors provide a voltage dependent resistor in electrical circuits. Varistors are therefore used in many applications,
  • the varistor generally has as its material a granular metal oxide, e.g. Zinc oxide and / or bismuth oxide and / or manganese oxide and / or chromium oxide and / or
  • a granular metal oxide e.g. Zinc oxide and / or bismuth oxide and / or manganese oxide and / or chromium oxide and / or
  • Silicon carbide which between two planar electrodes as supply elements ZL 1 , ZL 2 as a rule as
  • FIG. 1 An exemplary varistor VAR is shown in FIG. This has a first supply line ZL 1 on one side and a second
  • the individual grains have one
  • Grains barrier layers. It can be seen that with increasing thickness, the number of grain boundaries increases and thus the limit voltage. When a voltage is applied to the lead elements ZL 1 , ZL 2 , an electric field is formed. Depending on the voltage while the barrier layers now degraded and the resistance decreases.
  • Barrier layers are not a uniform process, but are formed locally Stroitipfade, for example, current paths S 1 , S 2 , from which come at different speeds in the conductive state.
  • current paths S 1 , S 2 from which come at different speeds in the conductive state.
  • the current path Si becomes conductive faster than the current path S 2 , since a lower voltage (for example 200 V) than current path S 2 (for example 300 V) must be overcome on the current path S 1 .
  • a temperature sensor is used, which when exceeding a certain
  • a rapid warming such as when applying a high voltage
  • Separation capability is usually limited here, i. only small currents can be switched off.
  • Such an energy input can be caused, for example, by the fact that an overvoltage occurs over a longer period of time a switching of the varistor leads VAR and now the short-circuit current of the network is derived via the varistor. In this case, significant heating of the varistor VAR occurs and there is a risk of fire. Furthermore, the varistor VAR can be damaged so far that the varistor breaks down explosively.
  • varistors VAR are therefore provided with an upstream fuse element F, which is dimensioned such that the maximum pulse current load I m of the varistor VAR can still be derived, but if the maximum pulse current load I m is exceeded, a switch-off is brought about.
  • a high pulse current carrying capacity of the fuse element is always associated with a high fuse rating. Therefore, it comes in the event of a fault only relatively late to an interruption of the (starting) short-circuit current.
  • the invention is based on the object, a
  • Fig. 3 shows a circuit arrangement of a varistor
  • Fig. 4a is an exemplary schematic view of a
  • 5 to 9 each show an exemplary lateral schematic sectional view of a contacting of a varistor according to an embodiment of the invention
  • Fig. 12b is an exemplary lateral schematic
  • Sectional view of a contacting of a varistor according to an embodiment of the invention and in Fig. 12a is an exemplary schematic plan view of a contact of a varistor according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 13 shows an exemplary embodiment corresponding to the diagram from FIG. 5.
  • the invention will be explained in more detail with reference to the figures.
  • the invention proposes a novel Contacting for a varistor VAR before, like her
  • This contact has a first supply element ZLi, which to
  • Suitable connection to a supply network and a plurality of electrical connection points V 1 , V 2 , ... V N , which are spaced apart from each other and to multiple
  • FIGS. 4a and 4b An exemplary arrangement of junctions V 1 , V 2 , ... V N is shown in FIGS. 4a and 4b.
  • the plurality of electrical connection points V 1 , V 2 ,... V N and the first supply element ZLi are electrically connected to one another.
  • the plurality of electrical connection points Vi, V 2 ,... V N are each designed with a fuse element F 1 , F 2 ,... F N , such that a local breakdown of a part of the varistor VAR is achieved by a separation of the affected local electrical Junction (s) is accomplished.
  • An exemplary arrangement of fuse elements F 1 , F 2 ,... F N is again shown in FIG.
  • Leading elements ZL 1 , ZL 2 leads to a higher voltage drop, ie, the resistance increases, and therefore a current flow with a parallel component, such as over S 2 , will be rather low. It should be noted that the virtual
  • VAR-F varistor fuse series circuit
  • Insert fuse element F of about 125 A can now in the virtual parallel circuit according to Figure 3 at
  • FIG. 4 a shows an exemplary schematic view of a contacting of a varistor
  • FIG. 4 b shows an exemplary schematic perspective view of a contacting of a varistor according to an embodiment of the invention.
  • a planar feed element ZL 2 indicated by a dashed frame.
  • the actual varistor VAR and over it there is now a five conductor having lead element ZL. 1
  • Each of the conductors thus forms one of the aforementioned electrical connection points V 1 , V 2 , V 3 , V 4 , V 5 .
  • each of the conductors forms one of the aforementioned securing elements F 1 , F 2 ,... F 5 .
  • Fuse elements F are integrated in each of the current paths, which has a lower surge current carrying capacity
  • the melting integral is usually selected so that it is only slightly higher than the I 2 t value of the partial pulse, ie that the respective
  • Fuse element is able to carry a partial pulse without destruction.
  • the I 2 t value correlates with the nominal value of the fuse element. Since the I 2 t value is now lower, fuse elements with lower nominal values can be used.
  • the fuse elements are designed so that they each have an I 2 t, which by the maximum permissible pulse current load based on the zu
  • connection points provided with respective fuse elements so the performance drops only slightly. As an approximation, one can assume that the performance depends on the area of the active connection points.
  • Varistors may be provided, may also be provided alternatively or additionally a common thermal separation by means of a thermally activated switch TS.
  • FIG. 5 shows an exemplary lateral schematic sectional view of a contacting of a varistor VAR according to an embodiment of the invention. It is assumed that the arrangement is located in a housing G.
  • the housing G can be designed pressure-resistant to other systems before a non-excludable
  • the housing G may further be filled with an extinguishing agent LM.
  • a suitable extinguishing agent is, for example, POM or quartz sand.
  • the electrically insulating extinguishing medium LM surrounds the securing elements F 1 , F 2 ,... F N at least in sections.
  • These thin electrical connections can be designed, for example, as a fusible conductor and thus fulfill the function of the fuse elements F 1 , F 2 .
  • FIG. 5 A possible embodiment of the scheme of FIG. 5 is shown in FIG.
  • FIG. 6 shows SMD fuses or miniature fuses between the feed element ZL 1 and the respective connection points V 1 , V 2 .
  • Lead element ZL 1 are held by means of one or more springs D in electrical contact with the fuse elements. That is, the securing elements are non-positively and / or cohesively and / or positively between the
  • the matrix M may comprise, for example, fuse wires F 1 , F 2 , which were produced, for example, in a drawing process and were introduced in an insulation matrix. It is also possible to use a carrier material P, for example a circuit board, with plated-through holes as the matrix M, wherein the plated-through holes as
  • Fuse elements F, F 1 , F 2 , ... F N serve.
  • the individual feedthroughs F can each be assigned a connection point V, ie a first position for the one can be obtained on a two-layer board P
  • Lead element ZL 1 are used, while the second layer is used for the preparation of the joints.
  • the presented embodiments can be embodied as a contact element KE in order to be connected to a varistor VAR.
  • varistor VAR varistor VAR and a
  • connection points can be dimensioned differently and correspondingly have a different impedance.
  • FIG. 10 shows an example of a fir tree-like contact element KE. This one has one
  • FIG. 11 shows a similar arrangement.
  • the joints are made larger.
  • Such a contact element KE can, for example, by punching and
  • a resilient structure may be generated by bending.

Abstract

Gegenstand der Erfindung: ist eine Kontaktierung für einen Varistor (VAR), aufweisend ein erstes Zuleitungselement (ZL1), welches zur Verbindung mit einem Versorgungsnetz geeignet ist, und eine Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2,... VN), welche zueinander beabstandet und zur mehrfachen Kontaktierung eines Pols des Varistors (VAR) geeignet sind. Die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2,... VN) und das erste Zuleitungselement (ZL1) sind elektrisch miteinander verbunden, und die Vielzahl von, elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2,... VN) sind jeweils mit Sicherungselementen (F1, F2,.... FN): ausgelebt, so dass ein lokales Durchlegieren eines Teils des Varistors (VAR) durch ein Auftrennen der betroffenen lokalen elektrischen Verbindungsstelle (n) (V1, V2,... VN) bewerkstelligt wird.

Description

Kontaktelement für einen Varistor
Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement für einen
Varistor .
Aus dem Stand der Technik sind Varistoren bekannt.
Varistoren stellen in elektrischen Schaltungen einen spannungsabhängigen Widerstand zur Verfügung. Varistoren werden daher in vielerlei Anwendungen eingesetzt,
typischerweise um Überspannungen oberhalb einer bestimmten Grenzspannung abzuleiten, um so eine Überlastung oder
Beschädigung einer nachfolgenden Einrichtung zu verhindern. Ein Beispiel für eine solche Überspannung ist eine
Spannung, welche durch Blitzeinwirkung entstehen kann.
Dabei weist der Varistor im Allgemeinen als Werkstoff ein körniges Metalloxid, z.B. Zinkoxid und/oder Wismutoxid und/oder Manganoxid und/oder Chromoxid und/oder
Siliziumkarbid auf, der zwischen zwei flächigen Elektroden als Zuleitungselemente ZL1, ZL2 in aller Regel als
(gesinterte) Keramik eingebracht ist. Ein beispielhafter Varistor VAR ist in Figur 1 dargestellt. Dieser weist eine erste Zuleitung ZL1 auf einer Seite und eine zweite
Zuleitung ZL2 auf einer gegenüberliegenden Seite auf.
Typischerweise besitzen die einzelnen Körner eine
unterschiedliche Leitfähigkeit. Dabei bilden sich an den jeweiligen Korngrenzen, d.h. an den Berührpunkten der
Körner, Sperrschichten aus. Dabei kann man feststellen, dass mit zunehmender Dicke die Anzahl der Korngrenzen steigt und damit auch die Grenzspannung. Wird eine Spannung an die Zuleitungselemente ZL1, ZL2 gelegt, bildet sich ein elektrisches Feld aus. In Abhängigkeit der Spannung werden dabei die Sperrschichten nun abgebaut und der Widerstand sinkt .
Aufgrund der Materialeigenschaften des Varistors ist sowohl die Stromverteilung als auch die Überwindung der
Sperrschichten kein uniformer Prozess, sondern es bilden sich lokal Stroitipfade, beispielsweise Strompfade S1, S2, aus, die unterschiedlich schnell in den leitenden Zustand kommen. Beispielsweise wird in Figur 1 der Strompfad Si schneller als der Strompfad S2 leitend, da auf dem Strompfad S1 eine geringere Spannung (beispielhaft 200 V) als auf Strompfad S2 (beispielhaft 300 V) zu überwinden ist.
Bedingt durch die Materialeigenschaften und in Folge von Benutzung des Varistors treten Leckströme auf. Diese
Leckströme sind zwar in aller Regel gering, führen jedoch unter Umständen zu einer erheblichen Erwärmung des
Bauelements und daher besteht Brandgefahr. Um hier
gegenzusteuern wird typischerweise ein Temperatursensor verwendet, der bei Überschreiten einer bestimmten
Temperatur einen Schalter TS betätigt. Dies ist
beispielhaft in der Figur 2 gezeigt. Temperatursensoren sind dabei jedoch nur zur Detektion von langsamen
Ereignissen einsetzbar. Eine schnelle Erwärmung, wie sie beispielsweise beim Anliegen einer hohen Spannung
entstehet, führt zu einem auf Grund der nötigen und
bekanntermaßen langsamen Wärmeleitung stark verzögerten Temperaturanstieg am Temperatursensor, so dass der Varistor in aller Regel schon zerstört wäre. Auch ist das
Trennvermögen hier in aller Regel beschränkt, d.h. es können nur geringe Ströme abgeschaltet werden.
Ein solcher Energieeintrag kann z.B. dadurch entstehen, dass über längere Zeit eine Überspannung auftritt, die zu einem Durchschalten des Varistors VAR führt und nun der Kurzschlussstrom des Netzes über den Varistor abgeleitet wird. In diesem Fall tritt eine erhebliche Erwärmung des Varistors VAR auf und es besteht Brandgefahr. Weiterhin kann der Varistor VAR dabei soweit geschädigt werden, dass der Varistor explosionsartig durchlegiert.
Typischerweise werden Varistoren VAR deshalb mit einem vorgeschalteten Sicherungselement F versehen, dass so dimensioniert ist, dass die maximale Impulsstrombelastung Im des Varistors VAR noch abgeleitet werden kann, bei einem Überschreiten der maximale Impulsstrombelastung Im jedoch eine Abschaltung herbeigeführt wird. Allerdings geht eine hohe Impulsstromtragfähigkeit des Sicherungselements auch immer mit einem hohen Sicherungsnennwert einher. Daher kommt es im Fehlerfall erst vergleichsweise spät zu einer Unterbrechung des (startenden) Kurzschlussstromes.
Dennoch treten immer wieder Schäden an Varistoren VAR auf, die nicht durch die vorgenannten Elemente detektiert werden können, d.h. es treten Ströme auf, die durch das
Trennvermögen der thermischen Abschaltung TS nicht mehr abgetrennt werden können, die aber für ein vorgeschaltetes Sicherungselement F zu gering sind.
Vor diesem Hintergrund ist es das Bestreben den
Sicherungsnennwert des vorgeschalteten Sicherungselementes F zu minimieren, aber dennoch die maximale
Stoßstromfestigkeit zu erhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein
Kontaktelement für einen Varistor bereitzustellen, das einen oder mehrere dieser Nachteile umgeht. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind auch Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es zeigen die
Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau und eine prinzipielle Wirkungsweise eines Varistors,
Fig. 2 eine typische Schaltungsanordnung eines Varistors gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung eines Varistors
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4a eine beispielhafte schematische Ansicht einer
Kontaktierung eines Varistors und Fig. 4b eine
beispielhafte schematisch perspektivische Ansicht einer
Kontaktierung eines Varistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5 bis 9 je eine beispielhafte seitliche schematische Schnittansicht einer Kontaktierung eines Varistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 10 und 11 je eine beispielhafte schematische Aufsicht auf eine Kontaktierung eines Varistors gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung-,
Fig. 12b eine beispielhafte seitliche schematische
Schnittansicht einer Kontaktierung eines Varistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und in Fig. 12a eine beispielhafte schematische Aufsicht auf eine Kontaktierung eines Varistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
Figur 13 eine beispielhafte Ausführung entsprechend dem Schema aus Figur 5.
Nachfolgend wird die Erfindung näher an Hand der Figuren erläutert werden. Die Erfindung schlägt eine neuartige Kontaktierung für einen Varistor VAR vor, wie sie
schematisch in Figur 3 gezeigt ist. Diese Kontaktierung weist ein erstes Zuleitungselement ZLi, welches zur
Verbindung mit einem Versorgungsnetz geeignet ist, und eine Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen V1, V2, ... VN, welche zueinander beabstandet und zur mehrfachen
Kontaktierung eines Pols des Varistors VAR geeignet sind, auf. Eine beispielhafte Anordnung von Verbindungsstellen V1, V2, ... VN ist in Figur 4a und 4b gezeigt.
Die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen V1, V2, ... VN und das erste Zuleitungselement ZLi sind elektrisch miteinander verbunden. Die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen Vi, V2, ... VN sind jeweils mit einem Sicherungselement F1, F2, ... FN ausgelegt, so dass ein lokales Durchlegieren eines Teils des Varistors VAR durch ein Auftrennen der betroffenen lokalen elektrischen Verbindungsstelle (n) bewerkstelligt wird. Eine beispielhafte Anordnung von Sicherungselementen F1, F2, ... FN ist wiederum in Figur 3 gezeigt.
Dabei wird der zuvor monolithische Varistor VAR
(dargestellt durch einen gepunkteten Rahmen) nun zu einer virtuellen Parallelschaltung von Teilvaristoren VAR'1, VAR'2, - VAR'N. Hierbei macht sich die Erfindung die in Figur 1 aufgezeigte Isotropie zu Nutze, welche bewirkt, dass jede Verlängerung des Strompfades zwischen den
Zuleitungselementen ZL1,ZL2 zu einem höheren Spannungsabfall führt, d.h. auch der Widerstand ansteigt, und deshalb ein Stromfluss mit paralleler Komponente, wie beispielsweise über S2, eher gering sein wird. Es ist dabei anzumerken, dass die virtuelle
Parallelschaltung, welche die Erfindung zur Verfügung stellt, gegenüber realen Parallelschaltungen von Varistoren vorteilhaft ist, da die Teilvaristoren VAR'1, VAR'2, .·· VAR'N der virtuellen Parallelschaltung eine erheblich geringere Bauteilestreuung zur Verfügung stellen als mit
herkömmlichen und wirtschaftlich vernünftigem Aufwand mit realen Varistoren zur Verfügung gestellt werden könnte. Zudem würde eine reale Parallelschaltung deutlich mehr Raum als die virtuelle Parallelschaltung benötigen. Mehr
benötigter Bauraum wird typischerweise als nachteilig empfunden.
Beispielsweise kann dadurch eine Varistor-Sicherungs- Reihenschaltung (VAR-F) , wie sie in Figur 2 gezeigt ist, in einer virtuellen Parallelschaltung, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, realisiert werden. Würde man beispielsweise in Figur 2 bei einem Nennstossstrom von 40 kA ein
Sicherungselement F von circa 125 A einsetzen, kann nun in der virtuellen Parallelschaltung gemäß Figur 3 bei
angenommenen 4 Verbindungsstellen der Nennstossstrom auf je 10 kA pro virtuellem Teilvaristoren VAR'1, VAR'2, VAR'3, VAR'4 verteilt werden und die Sicherungselemente F1, F2, F3, F4 dementsprechend geringer gewählt werden, beispielsweise zu 35 A.
In Figur 4a ist eine beispielhafte schematische Ansicht einer Kontaktierung eines Varistors und in Figur 4b eine beispielhafte schematisch perspektivische Ansicht einer Kontaktierung eines Varistors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dabei befindet sich auf einer Seite, hier der Unterseite, ein durch einen gestrichelten Rahmen angezeigtes flächenhaftes Zuleitungselement ZL2. Darüber befindet sich der eigentliche Varistor VAR und hierüber befindet sich nun ein fünf Leiter aufweisendes Zuleitungselement ZL1. Jeder der Leiter bildet somit eine der vorgenannten elektrischen Verbindungsstellen V1, V2, V3, V4, V5. Zudem bildet jeder der Leiter eines der vorgenannten Sicherungselemente F1, F2, ... F5. Fließt nun ein Strom I in das Zuleitungselement ZL1 hinein, so wird der Strom sich auf die fünf Leiter und somit auf die Verbindungsstellen V1, V2, V3, V4, V5 und Sicherungselemente F1, F2, ... F5 verteilen. Ist der Varistor im Wesentlichen homogen, wovon in der Regel auszugehen ist, so wird sich der Strom I geleichmäßig verteilen, so dass I1=I2=I3=I4=I5 ist. Die Homogenität ist durch die längs und quer vernetzten Varistorsymbole in Figur 4a angedeutet. Auch bei einem Impulsstrom tritt eine Stromaufteilung auf, so dass jeder der Strompfade nur einen Teilimpulsstrom I1, I2, I3, I4, I5 tragen muss. Daher können nun
Sicherungselemente F in jedem der Strompfade integriert werden, die eine geringere Stoßstromtragefähigkeit
besitzen, wobei das Schmelzintegral in aller Regel so gewählt ist, dass es nur geringfügig höher als der I2t- Wert des Teilimpulses ist, d.h. dass das jeweilige
Sicherungselement in der Lage ist, einen Teilimpuls ohne Zerstörung tragen zu können. Der I2t- Wert korreliert mit dem Nennwert des Sicherungselement. Da der I2t- Wert nun geringer ist, können Sicherungselemente mit geringeren Nennwerten verwendet werden.
D.h. die Sicherungselemente sind so ausgelegt, dass sie jeweils ein I2t aufweisen, welches durch die maximal zulässige Impulsstrombelastung bezogen auf den zu
kontaktierenden Varistorabschnitt gegeben ist. Wird nun der Varistor an einer Stelle niederohmig, z.B. durch Beschädigung, so tritt dies in aller Regel nur punktuell auf. Beispielsweise ist in Figur 4a auf der
Verbindungsstelle V2 eine solche Stelle durch einen
schwarzen Punkt markiert. Nun ändert sich aber der
Stromfluss. Wird an der gezeichneten Stelle der Varistor VAR niederohmig, so fließt der Strom nun im Wesentlichen über diese Stelle, d.h. I=I2 und I1=I3=I4=I5=0A. Da das Sicherungselement aber wie zuvor beschrieben geringer ausgelegt sein kann, reicht nun der Strom aus, um das
Sicherungselement der Verbindungsstelle V2 zum Abtrennen zu veranlassen. D.h. nun kann schon bei einem deutlich
geringeren Kurzschlussstrom eine Abtrennung erreicht werden, die zudem in aller Regel schneller sein wird.
Darüber hinaus wird nur ein Teilbereich - Verbindungsstelle V2 - aus der Parallelschaltung entfernt, während die restlichen Teilbereiche aktiv verbleiben und somit
zumindest mit einer reduzierten Leistungsfähigkeit Schutz bereitgestellt werden kann. D.h., werden viele
Verbindungsstellen mit jeweiligen Sicherungselementen zur Verfügung gestellt, so sinkt die Leistungsfähigkeit nur gering. Näherungsweise kann man dabei annehmen, dass die Leistungsfähigkeit abhängig von der Fläche der aktiven Verbindungsstellen ist.
Auch wenn nun eine thermische Auftrennung TS1, TS2, TS3, TS4 - wie in Figur 3 gezeigt - an jedem der virtuellen
Varistoren vorgesehen sein kann, kann zudem alternativ oder zusätzlich eine gemeinsame thermische Abtrennung mittels eines thermisch aktivierbaren Schalters TS vorgesehen sein.
In Figur 5 ist eine beispielhafte seitliche schematische Schnittansicht einer Kontaktierung eines Varistors VAR gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dabei ist angenommen, dass die Anordnung sich in einem Gehäuse G befindet. Das Gehäuse G kann druckfest ausgeführt sein, um andere Anlagen vor einer nicht auszuschließenden
explosionsartigen Zerstörung des Varistors zu schützen.
Das Gehäuse G kann weiterhin mit einem Löschmittel LM gefüllt sein. Ein geeignetes Löschmittel ist beispielsweise POM oder Quarzsand. Dabei umgibt das elektrisch isolierende Löschmittel LM die Sicherungselemente F1, F2, ... FN zumindest abschnittsweise .
Hier sind die Verbindungsstellen V1, V2 über dünne
elektrische Verbindungen mit dem Zuleitungselement ZL1 verbunden. Diese dünnen elektrischen Verbindungen können z.B. als Schmelzleiter ausgeführt sein und erfüllen somit die Funktion der Sicherungselemente F1, F2.
Eine mögliche Ausgestaltung des Schemas aus Figur 5 ist in Figur 13 gezeigt.
Im Gegensatz dazu sind in Figur 6 SMD-Sicherungen oder Feinsicherungen zwischen dem Zuleitungselement ZL1 und den jeweiligen Verbindungsstellen V1, V2 gezeigt. Zur
Sicherstellung des elektrischen Kontakts kann das
Zuleitungselement ZL1 mittels einer oder mehrere Federn D in elektrischem Kontakt mit den Sicherungselementen gehalten werden . D.h. die Sicherungselemente sind kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder formschlüssig zwischen der
Zuleitungselement ZL1 und dem Varistor VAR befestigt. In Figur 7 sind im Unterschied zu Figur 5 die
Verbindungsstellen an einem Punkt zusammengeführt.
In Figur 8 ist im Unterschied zu Figur 6 eine Art
vorgefertigte scheibenartige Matrix M eingebracht. Die Matrix M kann beispielsweise Sicherungsdrähte F1, F2 aufweisen, die z.B. in einem Ziehverfahren hergestellt wurden und in einer Isolationsmatrix eingebracht wurden. Auch ist es möglich ein Trägermaterial P, beispielsweise eine Platine, mit Durchkontaktierungen als Matrix M zu verwenden, wobei die Durchkontaktierungen als
Sicherungselemente F, F1, F2, ... FN dienen. Entsprechender Weise können den einzelnen Durchkontaktierungen F je eine Verbindungsstelle V zugeordnet werden, d.h. auf einer zweilagigen Platine P kann eine erste Lage für das
Zuleitungselement ZL1 verwendet werden, während die zweite Lage zur Herstellung der Verbindungsstellen verwendet wird.
In der Ausführungsform der Figur 9 sind die einzelnen
Sicherungselemente F, F1, F2, ... FN aus federartigen
Verbindungsstellen gebildet, die auf dem Varistor
elektrisch leitend aber thermisch lösbar verbunden werden. Hier wird die Auslösung durch ein Trennen der Verbindung bewirkt .
Ohne weiteres können die vorgestellten Ausführungsformen als Kontaktelement KE ausgeführt sein um mit einem Varistor VAR verbunden zu werden.
Auch kann die Erfindung in einem Varistorensemble
verkörpert sein, das einen Varistor VAR und eine
erfindungsgemäße Kontaktierung aufweist.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit können die einzelnen Verbindungsstellen unterschiedlich dimensioniert sein und in entsprechender Weise eine unterschiedliche Impedanz aufweisen.
In Figur 10 ist ein Beispiel für ein tannenbaumartiges Kontaktelement KE dargestellt. Dieses weist einen
Kontaktpunkt für das Zuleitungselement ZL1 und zahlreiche Verästelungen auf. Dabei kennen die einzelnen Äste an ihren Endpunkten den Kontakt zum Varistor VAR herstellen, wobei die Äste selbst wiederum als Sicherungselement F dienen können. Ein derartiges Kontaktelement KE kann ohne weiteres durch Stanzen hergestellt werden.
In Figur 11 ist eine ähnliche Anordnung zu sehen. Hier sind die Verbindungsstellen größer ausgeführt. Ein derartiges Kontaktelement KE kann beispielsweise durch Stanzen und
Biegen hergestellt werden. Beispielsweise kann wie in Figur 12a und 12b gezeigt, eine federnde Struktur auch durch Biegen erzeugt werden.
Bezugszeichenliste
Kontaktelement KE Varistor VAR., VAR '1, VAR '2, VAR ' 3, VAR '4 elektrische Verbindungsstellen V1, V2, ... VN
Trägermaterial, Platine P
Sicherungselemente F, F1, F2., ... FN
Löschmittel LM Kraft D
(druckfestes) Gehäuse G
Matrix M
Strompfad S1, S2
Schalter TS, TS1, TS2, TS3, TS4 maximale Impulsstrombelastung Im

Claims

Patentansprüche
1. Kontaktierung für einen Varistor (VAR), aufweisend
• ein erstes Zuleitungselement (ZL1) , welches zur Verbindung mit einem Versorgungsnetz geeignet ist, und
• eine Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) , welche zueinander beabstandet und zur mehrfachen Kontaktierung eines Pols des
Varistors (VAR) geeignet sind,
wobei die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) und das erste Zuleitungselement (ZL1) elektrisch miteinander verbunden sind, und
wobei die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) jeweils mit Sicherungselementen (F1, F2, ... FN) ausgelegt sind, so dass ein lokales Durchlegieren eines Teils des Varistors (VAR) durch ein Auftrennen der betroffenen lokalen elektrischen
Verbindungsstelle (n) (V1, V2, ... VN) bewerkstelligt wird.
2. Kontaktierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) auf einem Trägermaterial (P) angeordnet sind.
3. Kontaktierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vielzahl von elektrischen Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) leiterbahnartig auf einem Trägermaterial (P) angeordnet sind.
4. Kontaktierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer oder mehreren Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) und dem ersten Zuleitungselement (ZL) jeweils ein Sicherungselement (F1, F2, ... FN) angeordnet ist.
5. Kontaktierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (F1, F2, ... FN) eine
Schmelzsicherung aufweist.
6. Kontaktierung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (F1, F2, ... FN) zumindest abschnittsweise von einem elektrisch isolierendem Löschmittel (LM) umgeben ist.
7. Kontaktierung nach Anspruch 4 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (F1, F2, ... FN) zumindest abschnittsweise von POM (LM) oder
Quarzsand (LM) umgeben ist.
8. Kontaktierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungselemente F, F1, F2, ... FN so ausgelegt sind, dass sie jeweils ein I2t aufweisen, welches durch den maximal zulässigen
Stoßstrom bezogen auf den zu kontaktierenden
Varistorabschnitt gegeben ist.
9. Varistorensemble aufweisend einen Varistor (VAR)
aufweisend eine Kontaktierung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche.
10. Varistorensemble nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kontaktierung und der Varistor (VAR) in einem Gehäuse (G) angeordnet sind.
11. Varistorensemble nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass der Varistor (VAR) und die Kontaktierung mittels Federkraft (F) in Kontakt
zueinander gehalten werden 12. Varistorensemble nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekeanzeichnet, dass eine Verbindungsstelle oder mehrere Verbindungsstellen eine andere Impedanz als andere Verbindungsstellen (V1, V2, ... VN) aufweisen. 13. Varistorensemble nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Sicherungselemente kraftschlüssig und/oder
stoffschlüssig und/öder formschlüssig zwischen dem
Zuleitungselement (ZL1)und dem Varistor (VAR) befestigt sind.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012011241A1 (de) * 2012-06-06 2013-12-12 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Kontaktelement für einen Varistor
DE102012022399A1 (de) 2012-11-16 2014-05-22 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Zündkreis
DE102013223648B3 (de) 2013-11-20 2015-01-08 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Multikontaktelement für einen Varistor
DE102014215280B3 (de) * 2014-08-04 2015-09-24 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Kombiniertes Überspannungsschutzgerät mit einer integrierten Funkenstrecke

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH660812A5 (en) * 1982-11-09 1987-06-15 Bbc Brown Boveri & Cie Overvoltage suppressor having metal-oxide varistors, and a method for its production
EP0905839A1 (de) * 1997-09-30 1999-03-31 Felten & Guilleaume Austria Ag Steckbarer Überspannungsableiter
EP1826781A1 (de) * 2006-02-24 2007-08-29 Robert Bosch Gmbh Varistor mit einem Sicherungselement

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5444379B2 (de) * 1974-04-16 1979-12-25
US4125819A (en) * 1977-08-19 1978-11-14 Gould Inc. Electric fuse with equalized filler duty
JPS61168902A (ja) * 1985-01-22 1986-07-30 富士電機株式会社 チツプ型電圧非直線抵抗磁器
JPH0316256Y2 (de) * 1985-09-24 1991-04-08
JPH0347285Y2 (de) * 1985-10-02 1991-10-08
JPH0210805A (ja) * 1988-06-29 1990-01-16 Murata Mfg Co Ltd 積層型バリスタ
JPH056804A (ja) * 1991-06-27 1993-01-14 Murata Mfg Co Ltd チツプバリスタ
JPH07272751A (ja) * 1994-03-30 1995-10-20 Yuasa Corp ナトリウム−硫黄電池モジュール
US6249412B1 (en) * 1999-05-20 2001-06-19 Bourns, Inc. Junction box with over-current protection
JP3826749B2 (ja) * 2001-08-22 2006-09-27 株式会社日立製作所 シャント抵抗を備えた電力変換装置
DE10247307B3 (de) * 2002-10-10 2004-01-22 Siemens Ag Fahrzeugbordnetz
JP2005190735A (ja) * 2003-12-24 2005-07-14 Yazaki Corp ヒュージブルリンクユニット
DE102006008644A1 (de) * 2006-02-24 2007-08-30 Robert Bosch Gmbh Elektronisches Bauelement mit Überlastungsschutz
US20080117555A1 (en) * 2006-11-17 2008-05-22 AC Data Systems of Idaho, Inc. Anti-arcing system for power surge protectors
DE102008026555B4 (de) * 2008-06-03 2016-08-04 DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG. Überspannungsschutzgerät mit thermischer Abtrennvorrichtung
JP3149087U (ja) * 2008-12-25 2009-03-12 岡谷電機産業株式会社 サージ吸収器
DE102012011241A1 (de) * 2012-06-06 2013-12-12 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Kontaktelement für einen Varistor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH660812A5 (en) * 1982-11-09 1987-06-15 Bbc Brown Boveri & Cie Overvoltage suppressor having metal-oxide varistors, and a method for its production
EP0905839A1 (de) * 1997-09-30 1999-03-31 Felten & Guilleaume Austria Ag Steckbarer Überspannungsableiter
EP1826781A1 (de) * 2006-02-24 2007-08-29 Robert Bosch Gmbh Varistor mit einem Sicherungselement

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