Elektrode eines Gasentladungs-Überspannungsableiters und damit ausgerüsteter Überspannungsableiter

Abstract

 Zum Zweck einer Schweißverbindung zwischen Elektroden (2,3,4,11,12,13) und Anschlußdrähten (6,8,15,17,19), vorzugsweise durch Langzeit-Widerstandsschweißen von Kupfer auf Kupfer, wird vorgeschlagen, aus den anzuschließenden Elektrodenoberflächen jeweils einen Zapfen (5,7,14,16,18) mit einem Durchmesser von etwa neun Zehntel und einer Länge von etwa sechs Zehntel des Anschlußdrahtdurchmessers hervorstehen zu lassen. Auf die Stirnfläche des Zapfens (5,7,14,16,18) wird dann der Anschlußdraht (6,8,15,17,19) stumpf aufgeschweißt (Fig.1).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine elektrische Anschlußverbindung der Elektroden eines Gasentladungs-Überspannungsableiters mit den Merkmalen:

a) die anzuschließenden Elektroden bestehen aus einem gut stromleitenden Werkstoff;

b) der Anschluß soll jeweils an einen Draht aus einem gut stromleitenden Werkstoff erfolgen.

[0002] Leistungsfähige Überspannungsableiter müssen Stoßströme >10 kA ableiten können. Bei Zweistrecken-Überspannungsableitern bedeutet dies, daß über eine gemeinsame Mittelelektrode ein Summenstrcm >20 kA fließt. Solch hohe Stcßströme bewirken bei elektrischen Anschlußverbindungen über federnd berührende Kontakte ein Spratzen des Kontaktwerkstoffes und beschädigen dadurch die Fassungen. Eine bessere elektrische Anschlußverbindung für solche Ströme bieten eingelötete Anschlußdrähte, die im allgemeinen aus Kupfer bestehen und dann einen Durchmesser von etwa 1 mm besitzen. Für das Elektrodenmaterial wird aus elektrischen und wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise ebenfalls Kupfer gewählt. Die feste Verbindung zwischen Elektrode und Anschlußdraht kann dann durch Löten oder Schweißen hergestellt werden.

[0003] Beides ist beispielsweise in der DE-OS 28 28 650 vorgeschlagen. Zum einen ist dort die Möglichkeit beschrieben,einen Rohrniet auf den Boden der napfförmigen Elektrode aufzulöten und den Anschlußdraht dann im Rohrniet einzuquetschen (Fig. 4). Zum anderen ist für eine Schweißverbindung vorgesehen, auf den Boden der napfförmigen Elektrode einen Zylinder "anzupressen", dessen Durchmesser etwa 1,5 mal so groß wie der Anschlußdrahtdurchmesser ist. Der Anschlußdraht ist stumpf auf diesen Zylinder aufgeschwelßt. Dieser Zylinder hat die Aufgabe, die Wärmeabfuhr während des Schweißvorganges zu reduzieren. Eine Schweißung auf den glatten Boden der Elektrode bzw. auf die Mantelfläche einer Mittelelektrode wäre bei gut stromleitendem und damit auch gut wärmeleitendem Material, wie es Kupfer darstellt, nicht möglich.

[0004] Aber auch bei einem derart dimensionierten Zylinder ist eine Schweißverbindung nur als Kurzzeitschweißung möglich, etwa als Impuls-Widerstandsschweißung. Das ergibt aber vor allem'bei einer Verbindung von Kupfer auf Kupfer unzuverlässige Verbindungen.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Elektroden eines Gasentladungs-Überspannungsableiters so zu gestalten, daß eine Langzeit-Widerstandsschweißung möglich ist, die nicht nur aus Wirtschaftlichkeitsgründen mit Schweißautomaten hergestellt werden kann sondern auch mechanisch und elektrisch zuverlässig ist.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe werden für eine elektrische Anschlußverbindung der eingangs genannten Art folgende Merkmale vorgeschlagen:

c) aus den anzuschließenden Elektroden ragt jeweils ein Zapfen hervor mit einem Durchmesser von etwa neun Zehntel und mit einer Länge von fünf bis acht, vorzugsweise sechs, Zehntel des Drahtdurchmessers;

d) das Anschlußdrahtende ist stumpf auf den jeweiligen Zapfen aufgeschweißt.

[0007] Bei dieser Dimensionierung ist insbesondere bei Kupfer als gut strom- und wärmeleitendes Material für Elektroden und Anschlußdrähte eine sichere Schweißverbindung möglich. Durch die abgestimmte reduzierte Wärmeabfuhr aus der Schweißzone der Elektrode wird die für die Schweißung notwendige gleichmäßig hohe Temperatur beider zu verbindender Teile erreicht. Die mechanische Festigkeit und elektrische Tragfähigkeit der Verbindung sind gewährleistet.

[0008] Grundsätzlich sind zwei Ausgestaltungen für den Zapfen möglich. Entweder entsteht er gleich bei der Herstellung der Elektrode ohne spanabhebende Bearbeitung durch direktes Ausformen beispielsweise in einem Fließpreßverfahren, oder er wird nach der Herstellung der Elektrode durch spanabhebende Bearbeitung beispielsweise durch Fräsen ausgebildet.

[0009] Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung trägt jeweils eine napfförmige mit verdicktem Boden ins Innere des Gasentladungs-Überspannungsableiters ragende Elektrode auf der nach außen zeigenden Bodenseite im Napfinneren einen Zapfen. Nach einer weiteren Ausgestaltung trägt bei einem Zweistrecken-Überspannungsableiter zusätzlich eine ringförmige Mittelelektrode an mindestens einer peripheren Stelle ihrer Außenseite einen Zapfen.

[0010] In den Figuren der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Dabei zeigen

Fig. 1 die Ansicht und

Fig. 2 die axiale Draufsicht auf einen Zweistrecken-Gasentladungs-Überspannungaableiter, bei dem die Zapfen aus dem Niveau der umgebenden Elektrodenflächen herausragen;

Fig. 3 den Längsschnitt und

Fig. 4 die axiale Draufsicht auf einen Zweistrecken-Gasentladungs-Überspannungsableiter, bei dem die Zapfen durch Einfräsen in die umgebende Elektrodenoberfläche entstanden sind und nicht über diese Flächen hinausragen;

Fig. 5 und 6 eine Variante der Fig. 3 und 4 bezüglich der Mittelelektrode.

[0011] Für Ausführungen als Einstreckenableiter sind in den Figuren sinngemäß die jeweiligen Mittelelektroden wegzudenken.

[0012] In Fig. 1 ist ein Zweistrecken-Gasentladungs-Überspannungsableiter dargestellt, bei dem ein rohrförmiger Isolator 1 an seinen zwei Enden jeweils eine napfförmige Elektrode 2 bzw. 3 trägt und eine ringförmige Mittelelektrode 4. Die napfförmigen Elektroden liegen mit ihrem Rand auf den Stirnflächen des Isolators 1 auf und ragen mit ihren massiven Böden axial in das Innere des Isolators 1 hinein. Auf dem Boden der napfförmigen Elektroden 2 und 3 sitzt zentral und nach außen weisend jeweils ein zylinderförmiger Zapfen 5 aus demselben Material, beispielsweise Kupfer. Auf der äußeren Stirnfläche des Zapfens ist die Stirnfläche eines elektrischen Anschlußdrahtes 6 aus Kupfer aufgeschweißt. Der Durchmesser des Zapfens 5 beträgt etwa neun Zehntel, die axiale Länge etwa sechs Zehntel als Optimum aus dem Bereich fünf bis acht Zehntel des Durchmessers des Anschlußdrahtes 6. Die Mittelelektrode 4-mit größerem äußeren Durchmesser als der des Isolators 1 trägt an einer peripheren Stelle einen radial herausragenden Zapfen 7 mit derselben Dimensionierung wie die Zapfen 5. Auf die äußere Stirnfläche des Zapfens 7 ist die Stirnfläche eines Anschlußdrahtes 8 aus Kupfer aufgeschweißt.

[0013] Die Zapfen 5 und 7 entstehen zumindest in ihren groben Ausmaßen gleichzeitig mit der Herstellung der Elektroden 2, 3 und 4 beispielsweise durch ein Fließpreßverfahren. Für die genaue Dimensionierung ist ein spanabhebendes Nacharbeiten vorteilhaft.

[0014] In der Fig. 3 ist im Längsschnitt ein Zweistrecken-Gasentladungs-Überspannungsableiter dargestellt, bei dem zwei rohrförmige Isolatoren 9 und 10 axial fluchtend mit einer axial dazwischenliegenden ringförmigen Mittelelektrode 11 verbunden sind und an ihren anderen Enden mit jeweils einer napfförmigen Elektrode 12 bzw. 13. Auf ihren Innenseiten sind die Elektroden 11 bis 13 jeweils massiv ausgeführt mit einander gegenüberstehenden treppenförmigen aktiven Elektrodenoberflächen. Sie bestehen aus Kupfer. Die Ränder der Elektroden 12 und 13 liegen wieder auf den jeweiligen Stirnflächen der Isolatoren 9 und 10 auf. In die Napfböden sind jeweils Ringnuten eingefräst und dadurch Zapfen 14 gebildet, deren äußeren Stirnflächen die Außenseiten der Napfböden nicht überragen. Die äußeren Stirnflächen der Zapfen 14 sind die Schweißverbindungsflächen mit den Stirnflächen von Anschlußdrähten 15 aus Kupfer. Die Zapfen 14 haben wieder einen Durchmesser von etwa neun Zehntel und eine Länge von etwa sechs Zehntel der Drahtdurchmesser.

[0015] An einer äußeren peripheren Stelle der Mittelelektrode 11 ist durch radiales Einfräsen einer Ringnut ein radial nach außen ragender Zapfen 16 gebildet, auf dessen äußere Stirnfläche ein Anschlußdraht 17 aus Kupfer aufgeschweißt ist. Die Dimensionierung entspricht des Zapfens 14.

[0016] Das in den Figuren 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht dem der Figuren 3 und 4 lediglich mit dem Unterschied, daß die Ringnut, die den Zapfen 18 auf der Außenseite der Mittelelektrode bildet, erweitert ist, so daß von der Mittelelektrode 11 ein ganzes Segment, abgesehen von dem Zapfen 18, abgehoben ist. D.h. es gibt keinen Randteil der Mittelelektrode 11, der den Zapfen 18 koaxial umgibt. Auf den Zapfen 18 ist ein Anschlußdraht 19 aufgeschweißt. Die Dimensionierung entspricht der des Zapfens 16.

Ansprüche

1. Elektrische Anschlußverbindung der Elektroden eines Gasentladungs-Überspannungsableiters mit den Merkmalen:

a) die anzuschließenden Elektroden bestehen aus einem gut stromleitenden Werkstoff;

b) der Anschluß soll jeweils an einen Draht aus einem gut stromleitenden Werkstoff erfolgen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

c) aus den anzuschließenden Elektroden (2,3)4,11,12,13) ragt jeweils ein Zapfen 5,7,14,16,18) mit einem Durchmesser von etwa neuen Zehntel und mit einer Länge von fünf bis acht, vorzugsweise sechs, Zehntel des Drahtdurchmessers;

d) das Anschlußdrahtende ist stumpf auf den jeweiligen Zapfen (5,7,14,16,18) aufgeschweißt.

2. Elektrische Anschlußverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (5,7) bei der Herstellung der Elektrode (2,3,4) ohne spanabhebende Bearbeitung ausgebildet ist.

3. Elektrische Anschlußverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (14,16,18) nach der Herstellung der Elektrode (11,12,13) durch spanabhebende Bearbeitung ausgebildet ist.

4. Elektrische Anschlußverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2,3,4,11,12,13) und die Anschlußdrähte (6,8,15,17,19) aus Kupfer bestehen.

5. Elektrische Anschlußverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine napfförmig mit verdicktem Boden ins Innere des Gasentladungs-Überspannungsableiters ragende Elektrode (2,3,12,13) auf der nach außen zeigenden Bodenseite im Napfinneren einen Zapfen (5,14) trägt.

6. Elektrische Anschlußverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Zweistrecken-Überspannungsableiter zusätzlich eine ringförmige Mittelelektrode (4,11) an mindestens einer peripheren Stelle ihrer Außenseite einen Zapfen (7,16,18) trägt.

Zeichnung