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(11) | EP 2 238 658 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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ELEKTRISCHES SCHUTZBAUELEMENT MIT KURZSCHLUSSEINRICHTUNG ELECTRIC PROTECTIVE COMPONENT WITH A SHORT-CIRCUIT DEVICE COMPOSANT DE PROTECTION ÉLECTRIQUE À DISPOSITIF DE COURT-CIRCUIT |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Aus der Druckschrift EP 0962037 B1 ist ein gasgefüllter Überspannungsableiter mit äußerer Kurzschlusseinrichtung bekannt. Die Druckschriften US 5313183A, EP 0095539A, FR 2575864A und US 5029302A zeigen ebenfalls elektrische Schutzbauelemente mit Kurzschlusseinrichtungen.
Ein Schutzbanelement, gemäß Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 ist aus US-A-5 029.302 bekannt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Schutzbauelement anzugeben das eine Kurzschlusseinrichtung aufweist, die schnell anspricht.
[0002] Die Aufgabe wird durch ein elektrisches Schutzbauelement nacht Patentansprüche 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des elektrischen Schutzbauelements sind Gegenstand von Unteransprüchen.
[0003] Es wird ein elektrisches Schutzbauelement mit Kurzschlusseinrichtung angegeben das einen Überspannungsableiter mit wenigstens zwei Elektroden aufweist. Der Überspannungsableiter weist einen Hohlkörper auf, an dem wenigstens zwei Elektroden angeordnet sind. Ein 2-Elektroden-Ableiter weist einen einstückigen keramischen Hohlkörper auf. Bei einem 3-Elektroden-Ableiter ist der keramische Hohlkörper mittels einer mittleren Elektrode in zwei separate Teile unterteilt. Die beiden Teile sind mit einer ersten Seite an einer mittleren Elektrode angeordnet. An einer zweiten Seite der beiden Teile ist jeweils eine Endelektrode angeordnet.
[0004] Das elektrische Schutzbauelement weist wenigstens ein Schmelzelement auf. Das elektrische Schutzbauelement weist eine Kurzschlusseinrichtung auf, die an dem Überspannungsableiter angeordnet ist. Die Kurzschlusseinrichtung dient dazu, bei übermäßig starker Erwärmung des Ableiters, die Elektroden des Ableiters kurz zu schließen, so dass der Strom nicht mehr durch den Ableiter hindurch, sondern über die Kurzschlusseinrichtung fließt. Die Kurzschlusseinrichtung umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform einen Kurzschlussbügel, der vorgespannt ist und durch seine Federkraft auf das Schmelzelement drückt. Durch das Schmelzelement ist der Kurzschlussbügel von den Elektroden des Überspannungsableiters beabstandet.
[0005] Das Schmelzelement weist eine geometrische Form auf, wobei die geometrische Form wenigstens einen Hohlraum umfasst. Unter dem Hohlraum ist ein Raum zu verstehen, der durch Teile beziehungsweise Abschnitte des Schmelzelements gebildet wird. Dabei kann es sich sowohl um einen geschlossenen Raum handeln, als auch um einen Raum der nach wenigstens einer Seite hin eine Öffnung aufweist. Der Raum wird wenigstens durch zwei Flächen oder Abschnitte des Schmelzelements begrenzt.
[0006] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schmelzelement rohrförmig ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass das Schmelzelement die Form eines geschlitzten Rohrs aufweist. Der Schlitz kann teilweise oder ganz in Längsrichtung durch die Mantelfläche des rohrförmigen Schmelzelements reichen.
[0007] In einer weiteren Ausführungsform weist das Schmelzelement die Form eines Hohlquaders auf. Der Hohlquader kann zu wenigstens einer Seite eine Öffnung aufweisen.
[0008] Das Schmelzelement kann in einer weiteren Ausführungsform aus einem flächigen Material bestehen, das Knicke aufweist beziehungsweise gefaltet ist. Es ist auch möglich, dass das Schmelzelement eine gefaltete Folie umfasst, die zu einem mehreckigen Körper gefaltet beziehungsweise geformt ist.
[0009] Vorzugsweise ist das Schmelzelement an wenigstens einer Stirnseite des elektrischen Schutzbauelements angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass das Schmelzelement an weiteren Stellen des Überspannungsableiters angeordnet ist, wobei gewährleistet ist, dass der Kurzschlussbügel im Normalfall durch das Schmelzelement von den Elektroden des Überspannungsableiters beabstandet ist.
[0010] Bei unzulässig starker Erwärmung des Überspannungsableiters schmilzt das Schmelzelement. Beim Schmelzen des Schmelzelements drückt der Kurzschlussbügel auf die wenigstens zwei Elektroden des Überspannungsableiters und verbindet diese über den Kurzschlussbügel elektrisch miteinander.
[0011] In einer weiteren Ausführungsform weist der Überspannungsableiter eine Mittelelektrode auf. Der Kurzschlussbügel weist in einer derartigen Variante eine Verbindung zu der Mittelelektrode auf. Bei unzulässig starker Erwärmung des Überspannungsableiters wird durch den Kurzschlussbügel eine Verbindung der beiden Elektroden zur Mittelelektrode über den Kurzschlussbügel hergestellt.
[0012] Gemäss der Erfindung besteht das Schmelzelement aus einem isolierenden Kunststoff. Hierzu eignen sich beispielsweise Polypropylen oder andere Kunststoffe die elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen.
[0013] In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Schmelzelement die Form eines Spritzgussformteils auf. Mittels eines Spritzgussverfahrens lassen sich beliebige geometrische Formen herstellen.
[0014] Bevorzugt ist das Schmelzelement derart angeordnet, dass die größte Steifigkeit des Schmelzelements in Richtung der vom Kurzschlussbügel ausgeübten Druckkraft gerichtet ist.
[0015] Das Schmelzelement weist wenig Material auf, wobei das Schmelzelement in Bezug auf die geringe Materialmenge jedoch eine hohe statische Festigkeit aufweist. Durch den Einsatz von möglichst wenig zu schmelzendem Material lässt sich ein schneller Schaltvorgang der Kurzschlussvorrichtung erreichen.
[0016] Im Vergleich zu einem elektrischen Schutzbauelement, bei dem eine Folie als isolierendes Element zwischen Kurzschlussbügel und Elektroden des Überspannungsableiters verwendet wird, kann bei einem elektrischen Schutzbauelement mit wie oben beschriebenem Schmelzelement ein größerer Abstand zwischen Kurzschlussbügel und Elektroden erzeugt werden. Dadurch verringert sich die Gefahr eines Funkenüberschlags, auch wenn sich das Schmelzelement nicht unmittelbar zwischen der Kontaktfläche des Kurzschlussbügels und dem Überspannungsableiter befindet.
[0017] Im Fall, dass die Elektroden des Überspannungsableiters mittels des Kurzschlussbügels kurz geschlossen sind, beziehungsweise bei unzulässig starker Erwärmung des Überspannungsableiters befindet sich vorzugsweise möglichst kein Kunststoffmaterial des Schmelzelements mehr zwischen den Kontaktflächen des Kurzschlussbügels und der Elektroden, so dass ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen dem Kurzschlussbügel und den Elektroden gewährleistet ist.
[0018] Durch die Wahl entsprechender Kunststoffe und Geometrien lässt sich somit ein entsprechend großer Temperaturbereich abdecken, wodurch auch das Ansprechverhalten der Kurzschlusseinrichtung beeinflusst werden kann.
[0019] Die oben beschriebenen Gegenstände werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert.
[0020] Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen. Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein. Elemente die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
- Figur 1a
- zeigt ein elektrisches Schutzbauelement in einer Seitenansicht mit rohrförmigen Schmelzelementen an den Stirnseiten,
- Figur 1b
- zeigt das elektrische Schutzbauelement gemäß Figur 1a von der Stirnseite,
- Figur 2a
- zeigt ein elektrisches Schutzbauelement in einer Seitenansicht mit quaderförmigen Schmelzelementen zwischen dem Überspannungsableiter und dem Kurzschlussbügel,
- Figur 2b
- zeigt das elektrische Schutzbauelement gemäß Figur 2a von der Stirnseite.
[0021] In den Figuren 1a und 1b ist ein elektrisches Schutzbauelement dargestellt, das einen Überspannungsableiter 1 mit zwei Hohlkörpern 9 und drei Elektroden 2, 6 umfasst. Der Überspannungsableiter 1 weist an den Stirnseiten jeweils eine Elektrode 2 auf. Zwischen den stirnseitig angeordneten Elektroden 2 weist der Überspannungsableiter 1 in der dargestellten Ausführungsform eine mittlere Elektrode 6 auf. Die Elektroden 2 und die mittlere Elektrode 6 sind mit Anschlussdrähten 7 versehen. An dem Überspannungsableiter 1 ist ein Kurzschlussbügel 5 angeordnet, der einen elektrischen Kontakt zu der mittleren Elektrode 6 aufweist.
[0022] An den stirnseitigen Elektroden 2 des Überspannungsableiters 1 ist jeweils ein Schmelzelement 3 angeordnet. Das Schmelzelement 3 weist einen Hohlraum 4 auf. Das Schmelzelement 3 ist vorzugsweise derart zwischen der Elektrode 2 und dem Kurzschlussbügel 5 angeordnet, so dass die größte Steifigkeit des Schmelzelements 3 in Richtung der auf das Schmelzelement 3 gerichteten Druckkraft des Kurzschlussbügels 5 gerichtet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Schmelzelement 3 eine rohrförmige Gestalt auf, wobei das Schmelzelement 3 mit den Öffnungen des Rohres in Richtung Elektrode 2 beziehungsweise in Richtung Kurzschlussbügel 5 ausgerichtet ist. Ein rohrförmiger Körper weist in einer derartigen Anordnung seine größte Steifigkeit bezüglich einer senkrecht in Richtung der Längsachse auf das Rohr wirkenden Kraft auf. Durch eine derartige Anordnung ist es möglich, ein Schmelzelement 3 zu verwenden, das im Vergleich zu seinen Abmessungen nur wenig Material aufweist. Der rohrförmige Körper des Schmelzelements 3 weist einen Schlitz 8 auf, durch den der Anschlussdraht 7 der Elektrode 2 geführt ist. Der Schlitz 8 ist in der Figur 1b dargestellt.
[0023] In einer weiteren Ausführungsform kann es sich auch um einen 2-Elektroden-Ableiter handeln, wobei der Kurzschlussbügel in diesem Falle beispielsweise mittels eines Rings oder eine Klammer im Bereich des Hohlkörpers mit dem Überspannungsableiter mechanisch verbunden ist.
[0024] Die Figur 1b zeigt eine Ansicht des elektrischen Schutzbauelements aus Figur 1a mit Blick auf die Stirnseite des Überspannungsableiters 1. Das rohrförmige Schmelzelement 3 weist einen Schlitz 8 auf, durch den der Anschlussdraht 7 der Elektrode 2 geführt ist. Bei dem dargestellten elektrischen Schutzbauelement handelt es sich um einen 3-Elektroden-Ableiter. Eine dritte, mittlere Elektrode 6 weist einen elektrischen Kontakt zu dem Kurzschlussbügel 5 auf. Im Falle einer unzulässig hohen Erwärmung des Überspannungsableiters 1 verbindet der Kurzschlussbügel 5 die Elektroden 2 des Überspannungsableiters 1 mit der mittleren Elektrode 6. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die mittlere Elektrode 6 einen größeren Durchmesser als der Körper des Überspannungsableiters 1 auf.
[0025] In den Figuren 2a und 2b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Schutzbauelements dargestellt. Der Überspannungsableiter 1 des elektrischen Schutzbauelements weist zwei Hohlkörper 9 und wenigstens zwei Elektroden 2 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen 3-Elektroden-Ableiter, der eine dritte, mittlere Elektrode 6 aufweist. Die Elektroden 2 und die mittlere Elektrode 6 sind zu Montagezwecken mit Anschlussdrähten 7 versehen. Der Überspannungsableiter 1 ist mit einer Kurzschlusseinrichtung versehen, die einen Kurzschlussbügel 5 umfasst. Der Kurzschlussbügel 5 ist mittels Schmelzelementen 3 von den Elektroden 2 des Überspannungsableiters 1 beabstandet. Der Kurzschlussbügel 5 ist vorgespannt und drückt auf die Schmelzelemente 3. Im Falle einer unzulässig starken Erwärmung des Überspannungsableiters 1 schmelzen die Schmelzelemente 3, wodurch der Kurzschlussbügel 5 einen elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden 2 erzeugt. Dadurch wird ein Kurzschluss zwischen den beiden Elektroden 2 erzeugt, wodurch sich der Überspannungsableiter 1 nicht weiter aufheizt.
[0026] In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verbindet der Kurzschlussbügel 5 die beiden Elektroden 2 mit der mittleren Elektrode 6. Das Schmelzelement 3 weist vorzugsweise einen Hohlraum 4 auf. Dadurch weist das Schmelzelement 3 eine im Vergleich zum Volumen des Schmelzelements 3 geringe Materialmenge auf. Durch die verringerte Materialmenge des Schmelzelements 3 schmilzt das Schmelzelement 3 bei unzulässig starker Erwärmung des Überspannungsableiters 1 schneller, als ein massives Schmelzelement 3. Der Hohlraum 4 des Schmelzelements 3 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass das Schmelzelement 3 in Richtung der auf das Schmelzelement 3 einwirkenden Druckkraft durch den Kurzschlussbügel 5 seine größte Steifigkeit aufweist.
[0027] Die Figur 2b zeigt eine Ansicht des elektrischen Schutzbauelements aus Figur 2a von seiner Stirnseite. Zum Schutz vor unzulässig starker Erwärmung und der daraus resultierenden möglichen Zerstörung des Überspannungsableiters 1, weist dieser eine Kurzschlusseinrichtung auf. Die Kurzschlusseinrichtung umfasst einen Kurzschlussbügel 5 der mittels zweier Schmelzelemente 3 von den Elektroden 2 des Überspannungsableiters 1 beabstandet ist. Der Kurzschlussbügel 5 weist einen elektrischen Kontakt zu einer mittleren Elektrode 6 des Überspannungsableiters 1 auf. Im Falle unzulässig starker Erwärmung des Überspannungsableiters 1 schmelzen die Schmelzelemente 3 und der Kurzschlussbügel 5 erzeugt zwischen den beiden Elektroden 2 und der mittleren Elektrode 6 einen Kurzschluss.
[0028] Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte Anzahl möglicher Weiterbildung der Erfindung beschrieben werden konnte ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist prinzipiell möglich jede beliebige Form des Schmelzelements zu verwenden, wobei geometrische Formen, die einen oder mehrere Hohlräume aufweisen und dadurch eine im Vergleich zu einem massiven Schmelzelement eine geringere Materialmenge aufweisen, besonders geeignet sind.
[0030] Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen soweit technisch sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste
- einen Überspannungsableiter (1), der wenigstens zwei Elektroden (2) jeweils mit einem Anschlussdraht (7) aufweist,
- wenigstens ein Schmelzelement (3), das eine geometrische Form aufweist, die wenigstens einen Hohlraum (4) umfasst,
- einen Kurzschlussbügel (5), der an dem Überspannungsableiter (1) angeordnet ist,
- wobei der Kurzschlussbügel (5) auf das Schmelzelement (3) drückt,
- wobei der Kurzschlussbügel (5) mittels des Schmelzelements (3) von den Elektroden (2) beabstandet ist,
- wobei das Schmelzelement (3) einen isolierenden Kunststoff umfasst und zwischen dem Kurzschlussbügel (5) und einer der Elektroden (2) an der Stirnseite des Überspannungsableiters (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet dass, das Schmelzelement rohrförmig mit einem Schlitz (8) ausgebildet ist, wobei eine Rohröffnung des Schmelzelements (3) auf die Elektrode (2) und die andere Rohröffnung auf den Kurzschlussbügel (5) gerichtet ist, und dass der Anschlussdraht (7) der Elektrode (2) durch den Schlitz (8) geführt ist.
- einen Überspannungsableiter (1), der wenigstens zwei Elektroden (2) aufweist,
- wenigstens ein Schmelzelement (3), das eine geometrische Form aufweist, die wenigstens einen Hohlraum (4) umfasst
- einen Kurzschlussbügel (5), der an dem Überspannungsableiter (1) angeordnet ist,
- wobei der Kurzschlussbügel (5) auf das Schmelzelement (3) drückt,
- wobei der Kurzschlussbügel (5) mittels des Schmelzelements (3) von den Elektroden (2) beabstandet ist,
- wobei das Schmelzelement (3) einen isolierenden Kunststoff umfasst und zwischen dem Kurzschlussbügel (5) und einer der Elektroden (2) angeordnet ist. dadurch gekennzeichnet dass, das Schmelzelement aus einer Folie zu einem mehreckigen Körper gefaltet ist.
- a surge arrester (1), which comprises at least two electrodes (2) each with a connection wire (7),
- at least one fusible element (3) having a geometrical form comprising at least one cavity (4),
- a short-circuiting link (5), which is arranged at the surge arrester (1),
- wherein the short-circuiting link (5) presses onto the fusible element (3),
- wherein the short-circuiting link (5) is spaced apart from the electrodes (2) by means of the fusible element (3),
- wherein the fusible element (3) comprises an insulating plastic and is arranged
between the short-circuiting link (5) and one of the electrodes (2) at the end side
of the surge arrester (1),
characterized in that the fusible element is embodied in a tubular fashion with a slot (8), wherein one
tube opening of the fusible element (3) is directed at the electrode (2) and the other
tube opening is directed at the short-circuiting link (5), and in that the connection wire (7) of the electrode (2) is led through the slot (8).
- a surge arrester (1), which comprises at least two electrodes (2),
- at least one fusible element (3) having a geometrical form comprising at least one cavity (4),
- a short-circuiting link (5), which is arranged at the surge arrester (1),
- wherein the short-circuiting link (5) presses onto the fusible element (3),
- wherein the short-circuiting link (5) is spaced apart from the electrodes (2) by means of the fusible element (3),
- wherein the fusible element (3) comprises an insulating plastic and is arranged
between the short-circuiting link (5) and one of the electrodes (2),
characterized in that the fusible element is folded from a film to form a polygonal body.
un conducteur (1) d'évacuation des surtensions doté d'au moins deux électrodes (2), chacune munie d'un fil de raccordement (7),
au moins un élément fusible (3) dont la forme géométrique comprend au moins une cavité (4),
un étrier de court-circuit (5) disposé sur le conducteur (1) d'évacuation des surtensions,
l'étrier de court-circuit (5) repoussant l'élément fusible (3),
l'étrier de court-circuit (5) étant maintenu à distance des électrodes (2) au moyen de l'élément fusible (3),
l'élément fusible (3) comportant une matière synthétique isolante et étant disposé
entre l'étrier de court-circuit (5) et l'une des électrodes (2) sur le côté frontal
du conducteur (1) d'évacuation des surtensions,
caractérisé en ce que
l'élément fusible est configuré en tube doté d'une fente (8),
en ce que l'ouverture du tube de l'élément fusible (3) est orientée vers l'électrode (2) et l'autre ouverture du tube est orientée vers l'étrier de court-circuit (5) et
en ce que le fil de raccordement (7) de l'électrode (2) est passé par la fente (8).
un conducteur (1) d'évacuation de court-circuit qui présente au moins deux électrodes (2),
au moins un élément fusible (3) dont la forme géométrique comporte au moins une cavité (4),
un étrier de court-circuit (5) disposé sur le conducteur (1) d'évacuation des surtensions,
l'étrier de court-circuit (5) repoussant l'élément fusible (3),
l'étrier de court-circuit (5) étant maintenu à distance des électrodes (2) au moyen de l'élément fusible (3),
l'élément fusible (3) comportant une matière synthétique isolante et étant disposé entre l'étrier de court-circuit (5) et l'une des électrodes (2), caractérisé en ce que
l'élément fusible est formé d'une feuille repliée en un corps polygonal.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente