[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Bauelemente und ist bei der konstruktiven
Ausgestaltung eines gasgefüllten Überspannungsableiters anzuwenden, der mit einer
außeren Kurzschlußeinrichtung versehen ist. Derartige Kurzschlußeinrichtungen sind
sowohl bei Zwei-Elektroden- als auch bei Drei-Elektroden-Überspannungsableitern üblich.
Sie dienen zum Schutz des Überspannungsableiters bei Langzeitbelastungen; eine solche
Kurzschlußeinrichtung enthalt in aller Regel ein bei höheren Temperaturen schmelzbares
Konstruktionselement, mit dessen Hilfe die beiden Elektroden bzw. die Mittelelektrode
und eine oder beide Endelektroden kurzgeschlossen werden.
[0002] Bei einem bekannten Zwei-Elektrodenableiter dieser Art sind elektrisch parallel zu
den beiden Elektroden ein Federkontakt und ein Ableiterkontakt hintereinander angeordnet,
wobei sich zwischen den beiden Kontakten ein bei erhöhter Temperatur erweichender
Abstandhalter befindet. Dieser Abstandhalter besteht aus einem bei normaler Betriebstemperatur
dimensionsstabilen und bei erhöhter Temperatur erweichenden, glasfaserverstarkten
Kunststoff, beispielsweise aus Polycarbonat (EP 0 548 587 A1).
[0003] Bei einem bekannten Drei-Elektroden-Ableiter mit äußerer Kurzschlußeinrichtung ist
ein zweiarmiger Federbügel mittig an der Mittelelektrode befestigt. Die beiden freien
Enden der Arme dieses Federbügels liegen isoliert am Umfang der Elektroden auf. Bei
diesem Überspannungsableiter dient der Federbügel auch zur Gestaltung von parallel
geschalteten Luftfunkenstrecken. Hierbei ist an den Enden der beiden Arme des Federbügels
jeweils ein etwa 20 bis 40 µm dicke Isolierschicht aus beispielsweise Polyurethanlack
aufgebracht (US 4 912 592 A).
[0004] Bei einem weiterhin bekannten Drei-Elektroden-Ableiter der genannten Art besteht
die Kurzschlußeinrichtung ebenfalls aus einem sich in Achsrichtung erstreckenden,
zweiarmigen Federbügel, der aber dachartig gewölbt ist. Die Arme des Federbügels schließen
zwischen sich einen stumpfen Winkel ein und liegen mit ihren freien Enden unter Zwischenschaltung
einer schmelzbaren Isolierschicht an den Endelektroden an. Die außersten Enden der
beiden Arme sind leicht abgewinkelt, so daß diese parallel zur Achse des Überspannungsableiters
verlaufen und folglich an der äußeren Umfangsfläche der Endelektroden anliegen (FR-A-2
625 377). - Bei einer Weiterentwicklung dieses Typs einer Kurzschlußeinrichtung ist
der zweiarmige Federbügel so dimensioniert, daß seine Arme die freien Enden der Endelektroden
axial überragen und unter Zwischenschaltung einer Isolierfolie auf der umlaufenden
Kante der jeweiligen Endelektrode aufliegen (WO 94/22191).
[0005] Ausgehend von einem gasgefüllten Überspannungsableiter mit den Merkmalen des Oberbegriffes
des Patentanspruches 1 bzw. des Oberbegriffes des Patentanspruches 2 (US 4 912 592
A) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Kurzschlußeinrichtung so auszubilden,
daß sie den Überspannungsableiter axial nicht überragt und dennoch eine sichere Kontaktgabe
gewahrleistet.
[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Zwei-Elektroden-Überspannungsableiter vorgesehen,
daß der Außendurchmesser der anderen Elektrode um wenigstens etwa 1 mm größer als
der Außendurchmesser des Isolators ist, so daß die andere Elektrode einen radial über
den Isolator hinausragenden Rand aufweist, und daß der Federbügel derart bogenförmig
gespannt ist, daß sein anderes Ende durch den Abstandhalter vom Rand der anderen Elektrode
axial auf Abstand gehalten wird. - Für einen Drei-Elektroden-Überspannungsableiter
ist zur Lösung der genannten Aufgabe entsprechend vorgesehen, daß der Außendurchmesser
der beiden Endelektroden um wenigstens etwa 1 mm größer als der Außendurchmesser der
beiden Isolatoren ist, so daß die beiden Endelektroden einen radial über den Isolator
hinausragenden Rand aufweisen, und daß die beiden Arme des Federbügels derart bogenförmig
gespannt sind, daß ihre freien Enden von den Abstandhaltern jeweils vom Rand der jeweiligen
Endelektrode axial auf Abstand gehalten werden.
[0007] Bei einer derartigen Ausgestaltung des Ableiters wird der Federbügel nicht wie bisher
radial sondern axial gespannt, und zwar gegen einen speziellen Rand der jeweiligen
Elektrode. Die Höhe dieses Randes ist so zu wählen, daß eine sichere Fixierung des
freien Endes des Federbügels und eine sichere Positionierung des Abstandhalters gewahrleistet
sind. Zum Zwekke der sicheren Positionierung kann das freie Ende des Federbügels abgewinkelt
sein; eine solche Abwinkelung erleichtert auch die Anordnung und Fixierung des Abstandhalters,
der beispielsweise aus einem zylindrischen, plättchen-, quader- oder würfelförmigen
Kunststoffteil besteht. Zweckmäßig ist hierbei zwischen dem freien Ende des Federbügels
und dem Rand der jeweiligen Elektrode ein Raum vorgesehen, der im Überlastfall das
schmelzende Material des Abstandhalters aufnimmt und dadurch die direkte Kontaktgabe
zwischen dem Federbügel und der Elektrode ermöglicht. Dieser Raum kann eine Ausnehmung
im Randbereich der Elektrode sein, wobei das Volumen dieser Ausnehmung größer sein
sollte als das Volumen des schmelzbaren Abstandhalters. Dieser Raum kann aber auch
im Bereich des Federbügels vorgesehen sein, in dem dieser an seinem freien, gegebenenfalls
abgewinkelten Ende mit zwei Vorsprüngen - beispielsweise Sicken - versehen ist, zwischen
denen der Abstandhalter anzuordnen ist und über die im Überlastfall der Kurzschlußkontakt
erfolgt.
[0008] Ausführungsbeispiele des neuen Überspannungsableiters sind in den Figuren 1 bis 5
dargestellt. Dabei zeigt
- Figur 1
- einen Zwei-Elektroden-Ableiter mit einem einarmigen Federbügel als Kurzschlußeinrichtung,
- Figur 2
- einen Drei-Elektroden-Überspannungsableiter mit zweiarmigem Federbügel,
- Figuren 3 und 4
- ein erstes Beispiel für die Ausgestaltung des eigentlichen Kontaktbereiches der Kurzschlußeinrichtung
und
- Figur 5
- ein zweites Beispiel für die Ausgestaltung des eigentlichen Kontaktbereiches.
[0009] Der Überspannungsableiter gemäß Figur 1 besteht im wesentlichen aus den beiden Elektroden
1 und 2 und dem hohlzylindrischen Isolator 3 sowie einem einarmigen Federbügel 4,
der Teil der Kurzschlußeinrichtung ist. Der Federbügel 4 ist mit seinem einen Ende
5 am äußeren Umfang der Elektrode 1 stoffschlüssig fixiert. Das freie Ende 6 liegt
unter Zwischenschaltung eines isolierenden, schmelzbaren Abstandhalters 7 axial an
einem Rand 21 der Elektrode 2 an. Hierzu ist der Außendurchmesser D der Elektrode
2 um etwa 1,5 mm größer gewählt als der Außendurchmesser d des Isolators 3. - Aus
Gründen der vereinfachten Herstellung ist die Elektrode 1 genauso dimensioniert wie
die Elektrode 2.
[0010] Figur 2 zeigt einen Drei-Elektroden-Überspannungsableiter, der im wesentlichen aus
der Mittelelektrode 11, den beiden Endelektroden 12 und 13, den beiden Keramikisolatoren
14 und 15 und dem zweiarmigen Federbügel 16 als Teil der Kurzschlußeinrichtung besteht.
Der Federbügel 16 ist mit seinem mittleren Teil an der Mittelelektrode 11 stoffschlüssig
fixiert, während die beiden freien Enden der Arme 17 und 18 axial gegen den Rand der
Elektroden 12 und 13 gespannt sind. Hierzu sind die Elektroden 12 und 13 mit ihrem
Außendurchmesser D ebenfalls etwa 1,5 mm größer ausgebildet als der Außendurchmesser
d der Isolatoren 14 und 15.
[0011] Die freien Enden der beiden Arme 17 und 18 sind unter Zwischenschaltung eines isolierenden
Abstandhalters 19 bzw. 20 bogenartig axial gegen den jeweiligen Rand der Endelektroden
12 und 13 gespannt.
[0012] Figuren 3 und 4 zeigen ausschnittsweise in vergrößerter Darstellung das Ende des
Armes 18 des Federbügels 16 gemaß Figur 2, wobei dieses Ende einen abgewinkelten Abschnitt
181 aufweist, der gemäß Figur 4 mit zwei sickenartigen Vorsprüngen 182 versehen ist.
Zwischen diesen Vorsprüngen ist der isolierende Abstandhalter 19 in Form eines quaderförmigen
Kunststoffteiles angeordnet. Aufgrund seiner Dimensionierung hält dieses quaderförmige
Kunststoffteil die sickenartigen Vorsprünge 182 auf Abstand zum Rand der Elektrode
13. Im Überlastfall schmilzt der Abstandhalter 19, ohne die sich dann ergebenden Kontaktstellen
zwischen den Vorsprüngen 182 und dem Rand 13 zu verschmutzen, so daß eine sichere
Kontaktgabe gewährleistet ist.
[0013] Gemäß Figur 5 ist das abgewinkelte Ende 181' des Armes 18' eines Federbügels glatt
ausgebildet. Dagegen ist im Randbereich 131' der Elektrode 13' eine Ausnehmung 132
vorgesehen, in der der quaderförmige, isolierende Abstandhalter 19 angeordnet ist.
Im Kurzschlußfall kann sich das schmelzende Material des Abstandhalters 19 in der
Ausnehmung 132 verteilen, ohne den sich ergebenden Kontaktbereich zwischen dem abgewinkelten
Abschnitt 181' und dem Randbereich der Elektrode 13' zu verschmutzen.
1. Gasgefüllter Überspannungsableiter mit zwei Elektroden und einem zwischen den beiden
Elektroden angeordneten hohlzylindrischen Isolator und mit einer Überlastsicherung
in Form einer äußeren Kurzschlußeinrichtung,
bei dem die Kurzschlußeinrichtung aus einem elektrisch leitfähigen, in Achsrichtung
des Überspannungsableiters verlaufenden Federbügel besteht, dessen eines Ende an der
einen Elektrode fixiert ist und dessen anderes Ende unter Zwischenschaltung eines
isolierenden, schmelzbaren Abstandhalters an der anderen Elektrode anliegt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Außendurchmesser (D) der anderen Elektrode (2) um wenigstens etwa 1 mm größer
als der Außendurchmesser (d) des Isolators (3) ist, so daß die andere Elektrode (2)
einen radial über den Isolator (3) hinausragenden Rand (21) aufweist,
und daß der Federbügel (4) derart bogenartig gespannt ist, daß sein anderes Ende (6)
durch den Abstandhalter vom Rand der anderen Elektrode (2) axial auf Abstand gehalten
wird.
2. Gasgefüllter Überspannungsableiter mit einer Mittelelektrode und zwei Endelektroden
und mit zwei zwischen den Elektroden angeordneten hohlzylindrischen Isolatoren sowie
mit einer Überlastsicherung in Form einer äußeren Kurzschlußeinrichtung,
bei dem die Kurzschlußeinrichtung aus einem elektrisch leitfähigen, in Achsrichtung
des Überspannungsableiters verlaufenden, zweiarmigen Federbügel besteht, dessen Mittelteil
an der Mittelelektrode fixiert ist und dessen freie Enden der Arme unter Zwischenschaltung
je eines isolierenden, schmelzbaren Abstandhalters an jeweils einer Endelektrode anliegen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Außendurchmesser (D) der Endelektroden (12,13) um wenigstens etwa 1 mm größer
als der Außendurchmesser (d) jedes Isolators (14, 15) ist, so daß jede Endelektrode
(12, 13) einen radial über den jeweiligen Isolator hinausragenden Rand (131) aufweist,
und daß die beiden Arme (17, 18) des Federbügels (16) derart bogenartig gespannt sind,
daß ihre freien Enden jeweils durch den Abstandhalter vom Rand (131) der jeweiligen
Endelektrode (12, 13) axial auf Abstand gehalten werden.
3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das andere Ende des Federbügels (4) bzw. die Enden der beiden Arme (18) des Federbügels
(16) mit Sicken (182) zur Aufnahme und seitlichen Fixierung des jeweiligen Abstandhalters
(19) versehen ist.
4. Überspannungsableiter nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Volumen zwischen den Sicken (182) größer als das Volumen des schmelzbaren
Abstandhalters (19) ist.
5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der überstehende Rand (131') der anderen Elektrode bzw. der beiden Endelektroden
(13') mit einer Ausnehmung (132) zur Aufnahme und Positionierung des schmelzbaren
Abstandhalters (19) versehen ist.
6. Überspannungsableiter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Volumen der Ausnehmung (132) größer als das Volumen des schmelzbaren Abstandhalters
(19) ist.