Elektrodenanordnung für ein elektrisches Bauteil Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für ein elektrisches Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentan ^¬ spruchs 1.

Eingesetzt werden solche Elektrodenanordnungen in elektri- sehen Bauteilen, insbesondere in Überspannungsableitern und Isolatoren. Sie sollen solche elektrischen Bauteile vor dem schädigenden Einfluss von Störlichtbögen schützen, die bei unerwünschten Entladungen, hervorgerufen beispielsweise durch Blitzeinschläge, auftreten können. Die Elektrodenanordnung soll hierbei den Störlichtbogen möglichst weit nach außen, also weg von den gefährdeten Bereichen des Bauteils führen, und gleichzeitig den Störlichtbogen in eine Rotation um das Bauteil zwingen, und so seine Schadwirkung weiter zu verringern .

Ein solches von der Elektrodenanordnung geschütztes Bauteil weist meist einen säulenförmigen Isolator auf, der an einem Ende über eine Elektrode mit einem Hochspannungspotential, und an dem anderen Ende über eine zweite Elektrode mit einem Erdpotential verbunden ist. Bei einer unerwünschten Entla ^¬ dung, beispielsweise durch Blitzeinschlag, tritt häufig ein Lichtbogen zwischen den beiden Elektroden auf. Der durch die Gestaltung der Elektroden erzielte Stromfluss des Lichtbogenstromes erzeugt ein Magnetfeld in überwiegend radialer Rich- tung, das eine Kraftwirkung auf den axial ausgerichteten

Lichtbogen senkrecht zum Magnetfeld ausübt, die den Lichtbo ^¬ gen zu einer Rotation um die Achse des Bauteils veranlasst.

Die EP 0 966 080 Bl zeigt eine solche Elektrodenanordnung, bei der die Elektroden kreisförmige Platten sind, die von der Mitte ausgehende, nach außen führende schlitzartige Ausneh ^¬ mungen aufweisen. In der EP 1 283 575 Bl ist eine Elektrodenanordnung beschrieben, bei der zumindest eine Elektrode nach Art eines Bechers ausgebildet ist, der einen flachen Becherboden und eine sich vorwiegend in axialer Richtung erstreckende Becherwand mit in Umfangsrichtung geführten Materialausnehmungen aufweist.

Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Elektrodenan ^¬ ordnung beziehungsweise ein elektrisches Bauteil, insbesonde- re einen Überspannungsabieiter mit einer entsprechenden

Elektrodenanordnung zu schaffen, die beziehungsweise der konstruktiv besonders einfach aufgebaut, mit geringem Aufwand herzustellen und besonders in Bezug auf die Verarbeitung von Spannungsspitzen, beispielsweise Blitzen, besonders funkti- onstüchtig ist.

Die Aufgabe wird mit den Mitteln der Erfindung gemäß Patent ^¬ anspruch 1 respektive Patentanspruch 6 gelöst. Dabei sieht die Erfindung eine Elektrodenanordnung mit zwei

Elektroden vor, die sich jeweils plattenartig parallel zu ei ^¬ ner radialen Ebene bezogen auf die eine Axialrichtung definierende Verbindungsachse der zwei Elektroden erstrecken, von denen zumindest eine einen in der radialen Ebene liegenden Anschlussbereich aufweist sowie zumindest zwei, insbesondere 3 oder 4, bandartige Streifen, die jeweils von dem Anschluss ^¬ bereich weg, zumindest teilweise in Umfangsrichtung bezogen auf die Axialrichtung verlaufen. Es ist zudem vorgesehen, dass die bandartigen Streifen vom

Außenrand des Anschlussbereichs in Umfangsrichtung spiralar ^¬ tig nach außen verlaufen, wobei jeweils zumindest zwei Strei ^¬ fen bezüglich ihrer jeweils senkrecht zur Axialrichtung liegenden Begrenzungsflächen mit Abstand überlappen.

Die spiralartige Gestaltung der bandartigen Streifen stellt einerseits einen Strompfad bereit, der von dem zentralen An ^¬ schlussbereich nach außen führt und dabei durch den fließen- den Strom ein Magnetfeld erzeugt, das den zwischen den Elekt ^¬ roden gezogenen Lichtbogen auf eine Kreisbahn in Umfangsrich- tung um die Verbindungsachse treibt. Andererseits stellen die bandartigen Streifen einen ausreichenden Leitungsquerschnitt zur Verfügung, sind gut formbar, beispielsweise durch Pres ^¬ sen, Stanzen, Gießen oder Tiefziehen und können in technisch einfacher Weise im Bereich ihrer Überlappung parallel geführt werden. Durch die Ausrichtung der Streifen mit ihren Begrenzungsflächen senkrecht zur Axialrichtung sind die geometri- sehen und damit die dielektrischen Verhältnisse zwischen den benachbarten bandartigen Streifen besonders gut definiert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die bandartigen Streifen in ihrer Längsrichtung hintereinan- der einen an den Anschlussbereich angrenzenden Anfangsbereich, einen daran anschließenden ersten Übergangsbereich, einen an diesen anschließenden Mittelbereich, einen an diesen anschließenden zweiten Übergangsbereich und einen an diesen anschließenden Endbereich aufweisen, wobei der Anfangsbe- reich, der Mittelbereich und der Endbereich einen größeren Krümmungsradius aufweisen, als der erste und zweite Über ^¬ gangsbereich .

Diese Gestaltung der bandartigen Streifen erlaubt eine beson- ders platzsparende Anordnung der Elektroden, in Axialrichtung gesehen sowie eine Führung der bandartigen Streifen in ihrer Längsrichtung mit abwechselnd zu- und abnehmenden Krümmungs ^¬ radien. Es ist dadurch auch möglich zwischen zwei Bereichen stärkerer Krümmung einen geraden Bereich einzuführen.

Besonders vorteilhaft kann die Elektrodenanordnung dadurch ausgestaltet werden, dass der Endbereich eines bandartigen Streifens mit dem Mittelbereich eines benachbarten bandartigen Streifens in Axialrichtung überlappt.

Der Mittelbereich, der grundsätzlich eine geringere Krümmung, d.h. einen größeren Krümmungsradius aufweist als im benach ^¬ barten Bereich des Streifens, stellt einen besonders bevor- zugten Bereich für die Überlappung benachbarter Streifen dar. Da der gezogene Lichtbogen im Überlappungsbereich der Streifen bevorzugt von einem Streifen auf den anderen überspringt, ist die möglichst gerade Gestaltung oder die Gestaltung mit einem möglichst großen Krümmungsradius im Überlappungsbereich vorteilhaft .

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die bandartigen Streifen im Mittelbereich mit einem Versatz in Axialrichtung s-förmig abgewinkelt sind, so dass die Endbereiche in einer Ebene parallel versetzt zur Ebene des Anschlussbereichs angeordnet sind.

Hierdurch ergibt sich eine besonders effiziente Formgebung der einzelnen Streifen mit der Maßgabe, dass diese im Bereich der Überlappung jeweils parallel zueinander und parallel zur Ebene des Anschlussbereichs angeordnet sind. Somit ergeben sich dielektrisch und elektrodynamisch gute Bedingungen einerseits für den Antrieb des Lichtbogens und andererseits für das Überspringen von einem bandartigen Streifen zum anderen.

Des Weiteren sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Endbereich wenigstens eines bandartigen Streifens in Axialrichtung betrachtet, durch Anschrägung an der radial innen liegenden Seite spitz zuläuft.

Im Bereich der jeweiligen Spitzen in den Endbereichen der bandartigen Streifen stellt sich eine besonders hohe Feld ^¬ stärke ein, so dass beim Wandern des Lichtbogens dieser spä- testens in diesem Bereich durch die besonderen dielektrischen Verhältnisse auf einen benachbarten Streifen überspringt. Da ^¬ durch, dass die Anschrägung in den Endbereichen im radial inneren Bereich vorgesehen ist, ergibt sich eine möglichst ge ^¬ ringe Störung der Außenkontur der Elektrode beziehungsweise eine geringe Abweichung von einer Rotationssymmetrie. Der Lichtbogenfußpunkt erhält damit auch die Möglichkeit mög ^¬ lichst weitgehend im radial äußeren Bereich der Elektrode ge ^¬ führt zu werden. Die Erfindung bezieht sich zudem auf eine Elektrodenanordnung für ein elektrisches Bauteil mit zwei Elektroden, die sich jeweils plattenartig parallel zu einer radialen Ebene bezogen auf die eine Axialrichtung definierende Verbindungsachse der zwei Elektroden erstrecken, von denen zumindest eine einen in der radialen Ebene liegenden Anschlussbereich aufweist sowie zumindest zwei, insbesondere 3 oder 4, bandartige Streifen, die jeweils von dem Anschlussbereich weg, zumindest teilweise in Umfangsrichtung bezogen auf die Axialrichtung führen. Die Konstruktion zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine der Elektroden ausschließlich aus gleichartigen Teilen zusammengesetzt ist. Diese Ausgestaltung erlaubt bei optimierten dielektrischen und elektrodynamischen Voraussetzungen für die Führung eines Lichtbogens im Überspannungsfall eine fertigungstechnische einfache Herstellung und Montage, wodurch das Produkt auch besonders kostengünstig wird. Die Vorratshaltung wird durch die Nutzung gleichartiger Teile optimiert und Skaleneffekte bei der Herstellung senken den Preis. Das Bauteil kann wahlweise werkseitig oder vor Ort zusammengesetzt werden, so dass auch der Transportaufwand gegebenenfalls gesenkt werden kann. Vorteilhaft kann die Erfindung diesbezüglich dadurch ausgestaltet werden, dass die gleichartigen Teile im Anschlussbe ^¬ reich derartig miteinander verzahnt sind, dass sie einander in der Ebene senkrecht zur Axialrichtung winkelsteif fixie ^¬ ren .

Damit ergibt sich eine trotz der Zusammenfügung separater Teile optimierte Stabilität der Elektrode beziehungsweise der Elektroden. Die Elektrode kann gegebenenfalls auch, sofern die gleichartigen Teile nicht dauerhaft miteinander verbun- den, sondern nur geklemmt werden, bedarfsweise wieder auseinander genommen werden. Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der gleichartigen Teile gleich der Anzahl der bandartigen Streifen ist.

Es kann zudem vorteilhaft sein, dass jedes der gleichartigen Teile genau einen bandartigen Streifen aufweist.

Die Erfindung bezieht sich zudem auf eine Elektrodenanord ^¬ nung, bei der vorgesehen ist, dass die bandartigen Streifen vom Außenrand des Anschlussbereiches in Umfangsrichtung spi- raiartig nach außen verlaufen, wobei jeweils zumindest zwei benachbarte Streifen bezüglich ihrer jeweils senkrecht zur Axialrichtung liegenden Begrenzungsflächen mit Abstand überlappen . Diese Konstellation verbindet die Vorteile der optimierten Fertigung und Logistik mit den funktionalen Vorteilen einer geometrisch optimierten Führung der bandartigen Streifen mit dem Ziel der optimierten Führung eines Lichtbogens. Die Erfindung bezieht sich außer auf eine Elektrodenanord ^¬ nung, wie oben beschrieben, auch auf einen Überspannungsabieiter mit zwei Elektroden, die eine entsprechende Elektro ^¬ denanordnung mit allen oben beschriebenen Varianten bilden können .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für ein Bauteil mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung in einer ExplosionsdarStellung,

Figur 2 eine Elektrode einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung in Draufsicht,

Figur 3 die Elektrode aus Figur 2 in einer Seitenansicht, Figur 4 die Elektrode aus den Figuren 2 und 3 in einer perspektivischen Ansicht,

Figur 5 einen bandartigen Streifen der Elektrode aus den

Figuren 2 bis 4 in perspektivischer Ansicht.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In der Figur 1 erkennt man ein elektrisches Bauteil, hier ei ^¬ nen Überspannungsabieiter 10, mit einer Elektrodenanordnung 200. Die Elektrodenanordnung besteht hier aus einer oberen Elektrode 201 und einer unteren Elektrode 202. Der Überspannungsabieiter ist mit einem Isolator 20 ausgestattet. Inner- halb des Isolators 20 befinden sich ein oder mehrere in der

Figur 1 nicht gezeigte Widerstandselemente, bei denen es sich beispielsweise um Varistorelemente handeln kann. Die Funktion des oder der Widerstandselemente besteht darin, im Falle ei ^¬ ner Überspannung einen Stromfluss und somit eine Über- spannungsableitung zu ermöglichen.

Im Bereich des in der Figur 1 unteren (ersten) Isolatorendes 21 des Isolators 20 ist ein Halteelement 30 angeordnet. Ein Abschnitt des Halteelements 30 bildet ein Befestigungselement 50 für den Überspannungsabieiter 10 an einem in der Figur 1 nicht weiter dargestellten externen Träger. Hierzu ist in dem Befestigungselement 50 ein Befestigungsloch 51 vorgesehen, durch das ein Befestigungsbolzen zur Montage hindurchgeführt werden kann.

Eine schüsseiförmige Vertiefung im Halteelement 30 dient zur Aufnahme einer unteren Elektrode 202, die aus vier gleichartigen bandartigen Streifen 320 zusammengesetzt ist. Die band ^¬ artigen Streifen 320 der Elektrode 202 sind in eine schüssel- förmige Vertiefung des ersten Halteelements 30 eingelegt und werden seitlich von der Seitenwand des ersten Halteelementes 30 umfasst. Die Elektrode 202 steht elektrisch mit einem un ^¬ teren (ersten) Kontaktelement 70 in Verbindung, das mit dem in der Figur 1 nicht dargestellten unteren Ende des im Isolator 20 enthaltenen Widerstandselements elektrisch verbunden ist. Das untere Kontaktelement 70 erstreckt sich mit seinem unteren Ende 71 an der Elektrode 202 vorbei durch das erste Halteelement 30 hindurch und ist mit einer unteren Mutter 80 verschraubt .

In der Figur 1 ist darüber hinaus ersichtlich, dass im Bereich eines oberen (zweiten) Isolatorendes 22 des Isolators 20 ein zweites Halteelement 100 angeordnet ist. Eine obere

(zweite) Elektrode 201, die aus vier gleichartigen Teilen 120 besteht, ist innerhalb des zweiten Halteelements 100 angeord ^¬ net und wird seitlich von der Seitenwand einer schüsseiförmigen Vertiefung des zweiten Halteelements 100 umfasst.

Das untere Isolatorende 21 und das obere Isolatorende 22 sind durch den Isolatorkörper und die darin befindlichen Widerstandselemente voneinander getrennt. Im Bereich des oberen Isolatorendes 22 ist darüber hinaus ein zweites Kontaktelement 110 erkennbar, das elektrisch mit der oberen Elektrode 201 verbunden ist, und dessen oberes Ende 111 sich durch die Elektrode 201 und das zweite Halteelement 100 hindurch erstreckt.

Ein hier nicht dargestellter Anschlussleiter kann über einen in das zweite Halteelement 100 eingeformten Anschlusskanal mit dem Kontaktelement 110 verbunden werden, um eine elektrische Verbindung nach außen zu gewährleisten.

Die beiden Elektroden 201 und 202 der Elektrodenanordnung sind zueinander spiegelsymmetrisch bezüglich einer Spiegelebene, die senkrecht zu einer Verbindungsachse 300 der beiden Elektroden 201, 202 liegt. Die Verbindungsachse 300 ist gleichzeitig die Längsachse des Überspannungsabieiters und definiert eine Axialrichtung. In den Figuren 2 bis 4 ist die untere Elektrode 202 aus der Elektrodenanordnung 200 in Figur 1 im Detail in drei unterschiedlichen Ansichten (Draufsicht, Seitenansicht, perspekti ^¬ vische Ansicht) dargestellt. Die Elektrode 202 erstreckt sich plattenartig in einem durch die radialen Ebene 400 definierten Bereich.

Die Draufsicht in Figur 2 zeigt, wie die Elektrode 202 aus vier gleichen, bandartigen Streifen 320 zusammengesetzt ist. Die Herstellung kann einstückig erfolgen, oder die bandarti- gen Streifen werden einzeln hergestellt und zur Montage der

Elektrode 202 zusammengesetzt. Ein einzelner dieser bandarti ^¬ gen Streifen ist in Figur 5 gezeigt. Alternativ kann die Elektrode auch aus einer anderen Anzahl von bandartigen

Streifen 320 hergestellt sein. Zusammengesetzt bilden die An- fangsbereiche 340 der bandartigen Streifen 320 den in der radialen Ebene 400 liegenden Anschlussbereich 310 der Elektrode 202. Sind die bandartigen Streifen 320 einzeln hergestellt, so können sie mit Nasen 61, 62 und Ausnehmungen 63, 64 versehen sein. Die Nasen 61 eines bandartigen Streifens 320 grei- fen dabei in Ausnehmungen 64 eines benachbarten bandartigen Streifens 320. Ebenso greifen die Nasen 62 in die Ausnehmungen 63 eines benachbarten bandartigen Streifens 320. Die bandartigen Streifen 320 sind somit so im Anschlussbereich 310 miteinander verzahnt, dass sie einander winkelsteif in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung fixieren.

Jeder der bandartigen Streifen 320 verläuft spiralartig vom Anschlussbereich 310 weg nach außen. In einem Anfangsbereich 340 verläuft der bandartige Streifen 320 am Rand des An- Schlussbereiches 310 in der radialen Ebene 400 des Anschluss ^¬ bereiches 310 etwa tangential nach außen. Anschließend folgt ein erster Übergangsbereich 341, in dem der bandartige Streifen in der radialen Ebene 400 gekrümmt ist. Der Krümmungswinkel beträgt etwa 90°. Nach dem gekrümmten ersten Übergangsbe- reich 341 schließt sich ein Mittelbereich 342 an. Dieser Mittelbereich 342 verläuft nahezu in Umfangsrichtung bezüglich der Verbindungsachse 300. Im Mittelbereich 342 ist der band ^¬ artige Streifen 320 außerdem s-förmig in Axialrichtung abge- winkelt, so dass der an die s-förmige Abwinkelung 360 folgen ^¬ de Stück des bandartigen Streifens 320 in einer Ebene 410 pa ^¬ rallel versetzt zur radialen Ebene 400 verläuft. An den Mit ^¬ telbereich 342 schließt sich ein zweiter Übergangsbereich 343 an, in dem der bandartige Streifen wiederum in einem Winkel von etwa 90° gekrümmt in einer Ebene 410 parallel zur radia ^¬ len Ebene 400 verläuft. Auf den zweiten Übergangsbereich 343 folgt schließlich ein Endbereich 344, der innen angeschrägt ist, so dass die radial außen liegende Seite spitz zuläuft. Anfangsbereich 340, Mittelbereich 342 und Endbereich 344 weisen jeweils größere Krümmungsradien auf, als der erste und zweite Übergangsbereich 341, 343.

Von innen nach außen entlang eines bandartigen Streifens 320 betrachtet verlaufen der Anfangsbereich 340, der erste Übergangsbereich 341 und das Stück des Mittelbereiches 342 bis zur s-förmigen Abwinkelung 360 in der radialen Ebene 400 und damit in der Ebene des Anschlussbereiches 310. Das Teilstück des Mittelbereiches hinter der s-förmigen Abwinkelung 360, der zweite Übergangsbereich 343 und der Endbereich 344 des bandartigen Streifens verlaufen in einer Versatzebene 410 pa ^¬ rallel zur radialen Ebene 400. Die Ausrichtung der bandarti ^¬ gen Streifen 320 ist mit Ausnahme des Bereichs der s-förmigen Abwinkelung 360 derart, dass die breite Seite des bandartigen Streifens 320 in oder parallel zur radialen Ebene 400 ver ^¬ läuft. Anders ausgedrückt steht die Flächennormale der brei ^¬ ten Seite des bandartigen Streifens mit Ausnahme des Bereichs der der s-förmigen Abwinkelung 360 senkrecht zur der radialen Ebene 400.

Der Endbereich 344 eines bandartigen Streifens 320 überlappt mit seiner senkrecht zur Axialrichtung liegenden Begrenzungsfläche mit dem Mittelbereich 342 eines benachbarten bandartigen Streifens 320 in Axialrichtung.

Die Spitze des bandartigen Streifens 320 endet in Axialrich ^¬ tung etwa dort, wo beim unteren bandartigen Streifen die s- förmige Abwinkelung beginnt, so dass der Endbereich des einen bandartigen Streifens 320 in Axialrichtung von dem benachbarten bandartigen Streifen 320 beabstandet ist, und gleichzei ^¬ tig die Spitze des bandartigen Streifens 320 in der Versatz ^¬ ebene 410 in Umfangsrichtung von dem benachbarten bandartigen Streifen 320 beabstandet ist. Die Anschrägungen 350 des End ^¬ bereiches 344 und die s-förmigen Abwinkelungen 360 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass der Abstand des bandartigen Streifens 320 zum benachbarten bandartigen Streifen 320 in der Versatzebene 410 über die gesamte Breite des bandartigen Streifens 320 nahezu konstant ist.

Statt der Anschrägung 350 kann der Endbereich 344 auch eine in einer weiteren s-förmigen Abwinkelung 360 fortgeführt werden, an die sich ein weiterer zweiter Übergangsbereich 343 anschließt, auf den wiederum ein weiterer Endbereich 344 folgt, so dass sich stellenweise drei bandartige Streifen 320 überlappen. Je nach verfügbarem Platz kann die Abfolge s- förmige Abwinkelung 360, zweiter Übergangsbereich 343 und Endbereich 344 mehrfach wiederholt werden, so dass sich für n Abfolgen n+1 Überlappungen ergeben.

Tritt eine Überspannung beispielsweise durch Blitzeinschlag auf, die nicht vollständig durch den Überspannungsabieiter abgeleitet werden kann, so bildet sich durch den feldverstär- kenden Spitzeneffekt bevorzugt ein Lichtbogen zwischen einer Spitze einer Elektrode 201 und einer Spitze der anderen, zur Elektrode 201 spiegelsymmetrischen Elektrode 202. Der Licht ^¬ bogenstrom wird vom Kontaktelement 110 ausgehend durch die Formgebung der bandartigen Streifen 320 auf spiralförmige, zumindest teilweise annähernd kreisförmige Bahn gezwungen. Das durch diesen Strom erzeugte Magnetfeld veranlasst den Lichtbogen zur Rotation um das Bauteil, hier den Überspannungsabieiter. Der Fußpunkt des Lichtbogens rotiert dabei auf den in der Versatzebene 410 liegenden Teilstücken der bandar- tigen Streifen. Das Überspringen des Fußpunktes des Lichtbo ^¬ gens von einem bandartigen Streifen zum nächsten wird durch die Ausformung des Endbereiches 344 als Spitze und dem gerin ^¬ gen und über die Breite gleichmäßigen Abstand zweier bandar- tiger Streifen 320 in der Versatzebene 410 begünstigt. Da in dem Bereich, in dem der Lichtbogenfußpunkt überspringen muss, die bandartigen Streifen eine geringe Krümmung aufweisen, ist die Gefahr, dass der Lichtbogen abreißt und an anderer, mög- licherweise unerwünschter, Stelle neu zündet, verringert.