Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit durch Schlingen gehaltenen Zugelementen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Überspannungsableiter sind Schutzsysteme für Stromversorgungssysteme, die bei auftretenden Überspannungen durch Blitzeinschlag oder Fehlfunktionen anderer Teilsysteme auftretende Überspannungen zur Masse hin ableiten und so andere Bauteile des Stromversorgungssystems schützen.

Ein derartiger Überspannungsableiter besteht aus einer zylindrischen Ableitsäule, die meist als Stapel aus einzelnen ebenfalls zylindrischen Varistorelementen gebildet wird. Varistorelemente zeichnen sich durch einen spannungsabhängigen Widerstand aus. Bei niedrigen Spannungen wirken diese als Isolatoren. Ab einer bestimmten Schwellenspannung, die materialabhängig ist, zeigen sie eine gute Leitfähigkeit. Häufig werden Varistorelemente aus Metalloxiden wie Zinkoxid hergestellt. Die Ableitsäule wird an ihren beiden Enden von Endarmaturen begrenzt, die den elektrischen Kontakt zum Stromversorgungssystem und zur Masse herstellen. Um einen guten elektrischen Kontakt auch unter mechanischer Belastung zu gewährleisten, müssen die Varistorelemente unter Druck zusammengehalten werden. Dies kann erfolgen, indem Zugelemente beispielweise Seile oder Stäbe vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff in den Endarmaturen unter Zug eingespannt werden. Die Zugelemente umgeben dabei die Ableitsäule und bilden so einen Käfig um diese. Zum Schutz gegen Umwelteinwirkungen sind solche Überspannungsableiter häufig mit einem Gehäuse aus einem isolierenden Material wie zum Beispiel Silikon umgeben. Die Herstellung dieses Gehäuses kann durch Gießen oder Spritzen erfolgen.

Im Fehlerfall, also bei Überlast des Überspannungsableiters, können sich die Varistorelemente explosionsartig ausdehnen. Der aus den Zugelementen gebildete Käfig soll auch dann noch die Ableitsäule zusammenhalten und verhindern, dass Bruchstücke der Varistorelemente herausgeschleudert werden.

Ein Problem bei solchen Überspannungsableitern besteht darin, zu verhindern, dass die Zugelemente in einem solchen Fehlerfall durch die auftretende Explosionsenergie zerstört werden, oder dass der aus ihnen gebildete Käfig verformt wird, so dass Bruchstücke der Varistorelemente austreten können.

In der WO 2009/050011 A1 wird der Käfig aus Zugelementen von in die Varistorsäule eingefügten metallischen Stützplatten zusammengehalten. Die Stützplatten haben dazu einen größeren Durchmesser als die Varistorsäule und weisen in dem aus der Varistorsäule herausstehenden Teil Löcher auf, durch die die Zugelemente hindurchgeführt sind. Die überstehenden metallischen Teile der Stützplatten können allerdings zu Überschlägen führen und die Zugelemente können bei auftretenden radialen Kräften leicht an den Kanten der Löcher, durch die sie hindurchgeführt sind, abscheren.

Die EP 0 683 496 A1 zeigt einen Überspannungsableiter, bei dem die Zugelemente von einer außen um die Ableitsäule herumgeführten Bandage umwickelt sind. Die Zugelemente können dabei jedoch im Fehlerfall gegeneinander aufgespreizt werden. Falls eine solche Bandage zerstört wird, werden die Zugelemente zumindest an dieser Stelle nicht mehr zusammengehalten.

In der DE 10 2010 043 655 A1 werden die Zugelemente von einer Manschette umfasst, die radiale Ausstülpungen für die Zugelemente aufweist. Falls im Fehlerfall eine solche Manschette aufgedehnt oder zerstört wird, verliert der aus den Zugelementen gebildete Käfig an dieser Stelle seinen Zusammenhalt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Überspannungsableiter anzugeben, dessen Käfig im Fehlerfall einen verbesserten Zusammenhalt aufweist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Überspannungsableiter mit einer Mehrzahl von eine Ableitsäule aus Varistorelementen in axialer Richtung einspannenden Zugelementen, und einer oder mehreren Schlingenanordnungen, wobei jede Schlingenanordnung die Zugelemente radial umschlingt. Dabei weist eine Schlingenanordnung mehrere Schlingen auf, wobei die Schlingen jeweils nur einen Teil der Zugelemente umschlingen. So könnte beispielsweise eine Schlingenanordnung aus zwei Schlingen bestehen, von denen jede zwei Zugelemente eines aus vier Zugelementen bestehenden Käfigs umschlingt. Beispielsweise könnte dabei eine Schlinge, die um die Ableitsäule herumgelegt ist, jedes zweite Zugelement außen umschlingen und die dazwischen liegenden Zugelemente innen passieren, also zwischen Zugelement und Ableitsäule entlang verlaufen. Eine weitere, zu der ersten in axialer Richtung parallel versetzte, Schlinge würde dann die letztere Hälfte der Zugelemente außen umschlingen und die von der ersten Schlinge außen umschlungenen innen passieren. Falls eine der Schlingen zerstört werden sollte, halten die noch intakten Schlingen zumindest einen Teil des Käfigs weiterhin zusammen. Je nach axialer Höhe des Überspannungsableiters können solche Schlingenanordnungen nur einmal, beispielsweise in der Mitte der Ableitsäule angebracht werden, oder mehrere dieser Schlingenanordnungen über die axiale Höhe des Überspannungsableiters verteilt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auf axialer Höhe einer Schlingenanordnung ein Führungselement in die Ableitsäule eingefügt. Das Führungselement weist Führungsnuten auf, in denen die Schlingen in direkter Verbindung zwischen den von ihnen umschlungenen Zugelementen geführt sind. Da die Schlingen so in Richtung der größten Kräfte im Fehlerfall verlaufen, können sie die höchstmögliche Zugbelastung aufnehmen. Außerdem werden die Zugelemente dadurch nicht nur in radialer Richtung festgelegt, sondern auch in tangentialer, d.h. senkrecht zur axialen und radialen Richtung. Dadurch, dass die Schlingen radial durch die Ableitsäule hindurch verlaufen, können mehrere Schlingen kreuzungsfrei in einer radialen Ebene angeordnet werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Überspannungsableiter eine gerade Anzahl von Zugelementen auf und die Schlingen der Schlingenanordnung umschlingen jeweils zwei gegenüberliegende Zugelemente. Durch diese Anordnung ist eine besonders hohe Zahl an Schlingen und damit Sicherheit im Fehlerfall gewährleistet, da bei Zerstörung einer Schlinge nur zwei Zugelemente betroffen sind. Der Käfig aus den restlichen Zugelementen wird weiterhin von den noch intakten Schlingen zusammengehalten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Führungselement Führungsnuten in einer oberen und einer unteren Deckfläche auf. Die Führungsnuten der einen Deckfläche verlaufen dabei senkrecht zu denen der anderen Deckfläche. So lassen sich Schlingen in einem Führungselement kreuzweise anordnen, um Kräfte aller möglichen Richtungen aufzunehmen.

Ferner wird bevorzugt, dass die Schlingen aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt sind. Solche Schlingen sind besonders zugfest.

Weiterhin wird bevorzugt, wenn das Führungselement aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus einem Metall gefertigt ist. So dient das Führungselement gleichzeitig als elektrische Verbindung zwischen den Varistorelementen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1

einen Überspannungsableiter aus dem Stand der Technik in einer Schnittdarstellung,

Figur 2

einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter in einer perspektivischen Darstellung,

Figur 3

eine Explosionsdarstellung eines Ausschnitts aus einem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein Überspannungsableiter 1 nach dem Stand der Technik ist in Figur 1 gezeigt. Er besteht aus einer zylindrischen Ableitsäule, die meist als Stapel aus einzelnen ebenfalls zylindrischen Varistorelementen 2 gebildet wird. Die Längsachse 18 der Ableitsäule definiert eine axiale Richtung, Richtungen senkrecht zu dieser Längsachse 18 sind radiale Richtungen. Die Ableitsäule wird an ihren beiden Enden von Endarmaturen 10 begrenzt, die den elektrischen Kontakt zum Stromversorgungssystem und zur Masse, beispielsweise mittels eines Anschlussbolzens 13, herstellen.

Um einen guten elektrischen Kontakt auch unter mechanischer Belastung zu gewährleisten, müssen die Varistorelemente 2 unter Druck zusammengehalten werden. Dies kann erfolgen, indem Zugelemente 3 beispielweise Seile oder Stäbe vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff in den Endarmaturen 10 unter Zug eingespannt werden. Die Zugelemente 3 umgeben dabei die Ableitsäule und bilden so einen Käfig um diese. Zum Schutz gegen Umwelteinwirkungen sind solche Überspannungsableiter mit einem Gehäuse 11 aus einem isolierenden Material wie zum Beispiel Silikon umgeben. Die Herstellung dieses Gehäuses 11 kann durch Gießen oder Spritzen erfolgen. An dem Gehäuse 11 können zudem Schirme 12 zur Verlängerung des Kriechweges vorgesehen sein.

Die Figuren 2 und 3 zeigen einen Teil eines erfindungsgemäßen Überspannungsableiters, der eine Weiterbildung des bekannten Überspannungsableiters 1 aus Figur 1 ist und auch dessen Einzelteile ausweist. Eine Ableitsäule, von der hier nur zwei Varistorelemente 2 gezeigt sind, erstreckt sich entlang der Längsachse 18. Umgeben ist die Ableitsäule von einem Käfig aus acht Zugelementen 3a bis 3h, die identisch ausgestaltet sind und sich nur in ihrer radialen Position unterscheiden. Soweit die unterschiedliche Position unerheblich ist, wird das Bezugszeichen 3 für alle Zugelemente verwendet. In die Ableitsäule ist zwischen zwei Varistorelementen 2 das Führungselement 6 eingefügt. Dieses ist als flacher Zylinder ausgebildet. Die obere Deckfläche 20 und die untere Deckfläche 21 weisen jeweils vier parallele Führungsnuten 7 auf. Die Führungsnuten 7 in der oberen Deckfläche 20 und die der unteren Deckfläche 21 verlaufen dabei senkrecht zueinander. Die Dicke des Führungselementes 6 und die Tiefe der Führungsnuten 7 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass sich die Führungsnuten 7 nicht in einer Ebene kreuzen.

Eine Schlingenanordnung 4 hält den Käfig aus Zugelementen 3 zusammen. Die Schlingenanordnung 4 besteht aus vier einzelnen Schlingen 5a bis 5d, die sich nur in ihrer Position zueinander unterscheiden. Insofern die Position keine Rolle spielt, wird auch das Bezugszeichen 5 für alle Schlingen verwendet. Jede Schlinge 5 umschlingt zwei Zugelemente 3, die sich bezogen auf eine die Längsachse 18 aufweisende Symmetrieebene, angedeutet durch die Linie 22 beziehungsweise 23, gegenüberliegen. So umschlingt die Schlinge 5a die Zugelemente 3a und 3d, die sich bezogen auf die gedachte Linie 22 gegenüberliegen. Eine parallel zu dieser Schlinge 5a verlaufende zweite Schlinge 5b umschlingt die Zugelemente 3h und 3e. Die Schlingen 5a und 5b liegen dabei in derselben radialen Ebene. In einer zu dieser parallelen Ebene liegen zwei weitere Schlingen 5c beziehungsweise 5d, die die Zugelemente 3b und 3g beziehungsweise 3c und 3f umschlingen. Die Schlingen 5 verlaufen in direkter Verbindung zwischen den von ihnen umschlungenen Zugelementen 3. Die Führungsnuten 7 des Führungselementes 6 sind so auf die Schlingen 5 angepasst, dass eine Schlinge 5 in zwei parallelen Führungsnuten 7 verläuft. Die beiden Schlingen 5a und 5b verlaufen dabei in vier Führungsnuten 7 in der oberen Deckfläche 20 des Führungselementes 6, die beiden Schlingen 5d und 5c in vier Führungsnuten 7 in der unteren Deckfläche 21. Die Tiefe der Führungsnuten 7 ist dabei so bemessen, dass die Schlingen 7 in ihrer Breite vollständig in die Führungsnut 7 eingeschoben werden können.

Es ist aber auch denkbar, dass die beiden parallel verlaufenden Seiten der Schlingen 5 aneinandergelegt in einer Führungsnut 7 verlaufen. Die Führungsnuten 7 sollten dann an den in die Mantelfläche des Führungselementes 6 austretenden Öffnungen V-förmig erweitert sein, um ein scharfes Abknicken der Schlingen 5 zu vermeiden.

Selbstverständlich kann die gezeigte Schlingenanordnung 4 auch an mehreren Stellen entlang der Längsachse 18 des Überspannungsableiters 1 angeordnet sein.