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Patent Searching and Data


Title:
IGNITION ELEMENT FOR USE IN AN OVERVOLTAGE PROTECTION ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/124624
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an ignition element for use in an overvoltage protection element, which ignition element has at least two electrodes (2, 3) and a spark gap (4) formed between the two electrodes (2, 3), wherein the ignition element (1) has at least one insulating layer (5). According to the invention, the ignition element (1) is especially suitable also for multiple responses and conducting away high surge currents in that the insulating layer (5) has at least two conductive regions (6, 6', 6'', 6''') slightly able to carry current, which each extend between the top side (7) and the bottom side (8) of the insulating layer (5) such that there are at least two conductive connections between the top side (7) and the bottom side (8) of the insulating layer (5).

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Inventors:
MEYER, Thomas (Kreuzweg 27, Ottenstein, 31868, DE)
DITTERT, Maik (Ringelblumenweg 5, Bad Salzuflen, 32107, DE)
Application Number:
EP2015/053411
Publication Date:
August 27, 2015
Filing Date:
February 18, 2015
Export Citation:
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Assignee:
PHOENIX CONTACT GMBH & CO. KG (Flachsmarktstraße 8, Blomberg, 32825, DE)
International Classes:
H01T1/16; H01T1/20; H01T4/12
Foreign References:
DE102008029094A12009-01-02
EP1566868A22005-08-24
DE10212697A12003-07-10
DE19803636A11999-08-05
EP1566868A22005-08-24
Attorney, Agent or Firm:
GESTHUYSEN PATENT- UND RECHTSANWÄLTE (Huyssenallee 100, Essen, 45128, DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1. Zündelement zur Verwendung bei einem Überspannung sschutzelement, das mindestens zwei Elektroden (2, 3) und eine zwischen den beiden Elektroden (2, 3) ausgebildete Funkenstrecke (4) aufweist, wobei das Zündelement (1) mindestens eine isolierende Schicht (5) aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die isolierenden Schicht (5) mindestens zwei leitfähige, gering stromtragfähige Bereiche (6, 6', 6", 6"') aufweist, die sich jeweils zwischen der Oberseite (7) und der Unterseite (8) der isolierenden Schicht (5) erstrecken, so dass zwischen der Oberseite (7) und der Unterseite (8) der isolierenden Schicht (5) mindestens zwei leitfähige Verbindungen bestehen.

2. Zündelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche (6, 6', 6", 6"') unterschiedliche Widerstände aufweisen.

3. Zündelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche (6, 6', 6", 6"') an einer Stirnseite (9) der isolierenden Schicht (5) ausgebildet sind.

4. Zündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei elektrisch leitfähige Schichten (10, 11) vorgesehen sind, wobei die isolierende Schicht (5) zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten (10, 11) angeordnet ist, und dass die leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche (6, 6', 6", 6"') mit den beiden elektrisch leitfähigen Schichten (10, 11) elektrisch verbunden sind, so dass zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten (10, 11) mindestens zwei zueinander parallel geschaltete leitfähige Verbindungen bestehen.

5. Zündelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei elektrisch leitfähige Schichten und mindestens zwei elektrisch isolierende Schichten vorgesehen sind, dass zwischen zwei leitfähigen Schichten jeweils eine isolierende Schicht angeordnet ist, und dass mindestens zwei leitfähige Schichten elektrisch miteinander verbunden sind.

6. Zündelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisch leitfähige Schichten (10, 11) Kupferfolien und als isolierende Schicht (5) eine Polyimidfolie oder eine FR4-Folien verwendet werden.

7. Zündelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche (6, 6', 6", 6"') durch chemische, thermische oder optische Schädigung der isolierenden Schicht (5), insbesondere der Stirnseite (9) der isolierenden Schicht (5) realisiert sind.

8. Überspannung s schutzelement mit mindestens zwei Elektroden (2, 3) und einer zwischen den Elektroden (2, 3) ausgebildeten Funkenstrecke (4), wobei zwischen den beiden Elektroden (2, 3) ein Zündelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 angeordnet ist.

9. Überspannung s schutzelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannung sschaltelement, insbesondere ein gasgefüllter Überspannung sableiter (12), vorgesehen ist, das in Reihe zu den beiden Elektroden (2, 3) geschaltet ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Zündelements nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche (6, 6', 6", 6"') durch chemische, thermische oder optische Schädigung der Stirnseite (9) der isolierenden Schicht (5) oder durch Aufbringung eines geeigneten elektrisch leitfähigen Materials auf die Stirnseite (9) der isolierenden Schicht (5) erzeugt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schädigung mittels eines Lasers erfolgt, wobei mittels des Lasers eine Verkohlung eines Bereichs (6, 6', 6", 6"') der Stirnseite (9) der isolierenden Schicht (5) und damit ein leitfähiger, gering stromtragfähiger Bereich (6, 6', 6", 6"') erzeugt wird.

Description:
Zündelement zur Verwendung bei einem Überspannungsschutzelement

Die Erfindung betrifft ein Zündelement zur Verwendung bei einem Überspannung s schutzelement, das mindestens zwei Elektroden und eine zwischen den beiden Elektroden ausgebildete Funkenstrecke aufweist, wobei das Zündelement mindestens eine isolierende Schicht aufweist. Daneben betrifft die Erfindung noch ein Überspannung s schutzelement mit mindestens zwei Elektroden und einer zwischen den beiden Elektroden ausgebildete Funkenstrecke sowie ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Zündelements..

Wenn Überspannungen auftreten, die oberhalb der oberen Toleranzgrenze der jeweiligen Nennspannung liegen, müssen die betroffenen Geräte und Leitungen in möglichst kurzer Zeit mit dem Potentialausgleich kurzgeschlossen werden. Dafür werden je nach Einsatzort (Schutzzone) und Art der zu schützenden Geräte und Anlagen unterschiedliche Bauelemente verwendet. Die einzelnen Bauelemente unterscheiden sich dabei im Wesentlichen durch ihr Ansprech verhalten und ihr Abieitvermögen.

Wesentlicher Bestandteil von Überspannungsschutzelementen der hier in Rede stehenden Art ist mindestens eine Funkenstrecke, die bei einer bestimmten Überspannung anspricht, wobei beim Zünden der Funkenstrecke zwischen den beiden Elektroden ein Lichtbogen entsteht. Dabei können sehr hohe und steil ansteigende Ströme mit Werten bis in den dreistelligen kA- Bereich über die Funkenstrecke fließen. Überspannung s Schutzelemente mit Funken strecken als Abieiter sind in der Regel in druckfesten Gehäusen angeordnet und werden häufig als Blitzstromableiter verwendet.

Überspannung s Schutzelemente mit einer Funkenstrecke haben zwar den Vorteil einer hohen Stoßstromtragfähigkeit, jedoch auch den Nachteil einer relativ hohen und auch nicht sonderlich konstanten Ansprechspannung. Daher werden zur Zündung von Funkenstrecken bereits seit langem unterschiedliche Arten von Zündhilfen verwendet, mit deren Hilfe die Ansprechspannung der Funkenstrecke bzw. des Überspannung s Schutzelements verringert wird. So ist beispielsweise aus der DE 198 03 636 AI ein Überspannungsschutzelement mit zwei Elektroden und einer zwischen den Elektroden ausgebildeten Funkenstrecke bekannt, das neben den beiden Hauptelektroden noch zwei eine Zündfunkenstrecke bildende Zündelektroden als Teil der Zündhilfe aufweist. Darüber hinaus gehört zu der Zündhilfe noch ein Zündkreis mit einem Zündschaltelement, wobei der Zündkreis mit dem Zündschaltelement für ein Ansprechen der Zündfunkenstrecke sorgt, wenn eine entsprechende Überspannung an dem Überspannung sschutzelement anliegt. Das Ansprechen der Zündfunkenstrecke führt zu einer Ionisierung der in der Funkenstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden vorhandenen Luft, so dass es nach dem Ansprechen der von den beiden Zündelektroden gebildeten Zündfunkenstrecke schlagartig zu einem Ansprechen bzw. Zünden der (Haupt-) Funkenstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden kommt.

Aus der EP 1 566 868 A2 ist ein Überspannung sschutzelement zum Ableiten von transienten Überspannungen bekannt, bei dem zwischen den beiden Elektroden ein besonders ausgebildetes Zündelement angeordnet ist. Das Zündelement ist dabei derart zwischen den beiden Elektroden angeordnet und ausgebildet, dass zwischen den beiden Elektroden ein Bereich geschwächter Isolation vorgesehen ist. Beim Anliegen einer Spannung an dem Zündelement führt eine Entladung an der sich zwischen dem beiden Elektroden erstreckenden Oberfläche des Zündelements zu einer leitfähigen Verbindung zwischen den beiden Elektroden. Dadurch, dass die leitfähige Verbindung nur eine geringe Stromtragfähigkeit aufweist, kommt es bei einer Belastung dieser leitfähigen Verbindung mit einem Ableitstrom zu einem "Aufbrennen" der leitfähigen Verbindung, wodurch der Zündbereich ionisiert wird, so dass es zu einem Zünden der Funkenstrecke zwischen den beiden Elektroden kommt.

Bei dem aus der EP 1 566 868 A2 bekannten Überspannung sschutzelement weist das Zündelement vorzugsweise mindestens zwei elektrisch leitfähige Schichten und mindestens eine dazwischen angeordnete isolierende Schicht auf, wobei das Zündelement einen als Aussparung oder Loch ausgebildeten Bereich geschwächter Isolation als Zündbereich aufweist. Zur Verbesserung des Ansprechverhaltens des bekannten Überspannung s Schutzelements beim ersten Anliegen einer Überspannung ist auf der Oberfläche des Zündelements eine leitfähige, gering stromtragfähige Beschichtung aufgebracht. Das Zünd- element ist dabei weiter vorzugsweise so ausgebildet, dasss beim Anstehen eines Lichtbogens zwischen den beiden Elektroden eine Verkohlung der Oberfläche des Zündelements auftritt, so dass bei einem erneuten Auftreten einer Überspannung die Anfangsbedingungen einer leitfähigen, gering strom- tragfähigen Verbindung zwischen den beiden Elektroden an der Oberfläche des Zündelements erneut vorliegen.

Da sich das zuvor beschriebene Zündelement in der Praxis bei Überspannung s schutzelementen mit zwei Elektroden und einer zwischen den Elektroden ausgebildeten Funkenstrecke bewährt hat, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Zündelement derart weiter zu entwickeln, dass es auch bei mehreren, zeitlich nacheinander auftretenden Überspannungen und insbesondere bei besonders hohen abzuleitenden Stoßströmen einsetzbar ist. Dabei soll sich der Schutzpegel eines das Zündelement verwendenden Überspannung s Schutzelements auch nach mehrmaligem Ansprechen des Überspannung s Schutzelements möglichst nicht oder nur wenig erhöhen.

Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Zündelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass die isolierende Schicht mindestens zwei leitfähige, gering stromtragfähige Bereiche aufweist, die sich jeweils zwischen der Oberseite und der Unterseite der isolierenden Schicht erstrecken, so dass zwischen der Oberseite und der Unterseite der isolierenden Schicht mindestens zwei leitfähige Verbindungen bestehen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist zunächst erkannt worden, dass es dann, wenn über das Zündelement bzw. die an dem Zündelement ausgebildete leitfähige Verbindung ein sehr hoher Stoßstrom fließt, nicht nur zu einem gewollten "Aufbrennen" der aufgebrachten leitfähigen Verbindung kommt, sondern zu einer übermäßigen Beschädigung der Oberfläche des Zündelements kommen kann. Eine derartige Beschädigung der Oberfläche des Zündelemtns, die mit einem Materialabtrag verbunden sein kann, kann zu einer starken Erhöhung des Widerstands der über das Zündelement zur Verfügung gestellten leitfähigen Verbindung führen. Bei einem erneuten Zünden des Überspannung s Schutzelements kann dann unter Umständen eine ordnungsgemäße Funktion des Überspannung s Schutzelements nicht mehr gewährleistet sein. Insbesondere kann es aufgrund des durch die Belastung des Zündelements aufgetretenen erhöhten Widerstandes der leitfähigen Verbindung zu einer Erhöhung des Schutzpegels des Zündelements bzw. des Überspannungsschutzelements kommen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zündelements mit mindestens zwei leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereichen, die sich jeweils zwischen der Oberseite und der Unterseite der isolierenden Schicht erstrecken, wird zumindest eine, redundante leitfähige Verbindung bereitgestellt. Kommt es aufgrund eines sehr hohen abzuleitenden Stoßstromes zu einer übermäßigen Beschädigung eines leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereichs, so dass dieser Bereich nach dem Ableiten des Stoßstromes einen stark erhöhten Widerstand aufweist, so fließt beim nächsten Zünden des Überspannungsschutzelements der abzuleitende Stoßstrom zumindest zu einem großen Teil über den bzw. die anderen leitfähigen Bereiche, die einen geringeren Widerstand als der beschädigte Bereich aufweisen, wodurch eine übermäßige Erhöhung des Schutzpegels des Zündelements bzw. des Überspannungsschutzelements vermieden werden kann.

Fließt bei einem erneuten Ableiten ein nicht zu hoher Stoßstrom, so kann es durch die durch den anstehenden Lichtbogen enstehende Verrußung sogar zu einer Regeneration einer zuvor beschädigten leitfähigen Verbindung und damit zu einer Regeneration des Zündelements kommen.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zündelements sind die leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche so ausgebildet, dass sie unterschiedliche Widerstände aufweisen. Dadurch wird gewährleistet, dass beim ersten Ansprechen zunächst der größte Teil des abzuleitenden Stroms über den leitfähigen Bereich mit dem geringsten Widerstand fließt. Ist dieser leitfähige Bereich nach dem Aufbrennen aufgrund eines abgeleiteten Stoßstromes beschädigt, so dass er einen stark erhöhten Widerstands wert aufweist, so führt dies beim nächsten Ansprechen zu einer Veränderung der Verteilung des Stoßstromes auf die einzelnen leitfähigen Bereiche. Der größte Teil des abzuleitenden Stromes fließt dann über die leitfähige Verbindungen bzw . den leitfähigen Bereich, der nun den geringsten Widerstand aufweist, wobei jedoch der Schutzpegel des Zündelements insgesamt nicht in erster Linie durch den beschädigten, einen stark erhöhten Widerstands wert aufweisenden leitfähigen Bereich bestimmt wird.

Weist das Zündelement eine entsprechende Anzahl an leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereichen auf, so wird dadurch sichergestellt, dass auch beim mehrmaligen Zünden eines Überspannung s Schutzelements, bei dem das Zündelement eingesetzt wird, stets eine leitfähige Verbindung mit einem "zulässigen" Widerstandswert vorhanden ist. Hierdurch kann eine unerwünschte übermäßige Schutzpegelerhöhung vermieden werden.

Die Erzeugung der mehreren leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche lässt sich insbesondere dann relativ einfach realisieren, wenn die leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche an einer Stirnseite der isolierenden Schicht ausgebildet sind. Das Zündelement wird dann derart zwischen den beiden Elektroden des Überspannungsschutzelements angeordnet, dass die Stirnseite, an der die leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche ausgebildet sind, zumindest in den Bereich zwischen den beiden Elektroden hineinragt oder an den Bereich angrenzt, so dass ein Aufbrennen einer der leitfähigen Verbindungen zu einer gewollten Ionisierung des Bereichs zwischen den beiden Elektroden führt, wonach es sehr kurzfristig zu einem Zünden der Funkenstrecke kommt.

Die leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche werden vorzugsweise durch chemische, thermische oder optische Schädigung der Stirnseite der isolierenden Schicht erzeugt. Eine derartige Schädigung kann beispielsweise mittels eines Lasers erfolgen, wobei mittels des Lasers eine gewollte Verkohlung eines Bereichs der Stirnseite der isolierenden Schicht und damit ein leitfähiger, gering stromtragfähiger Bereich erzeugt wird. Alternativ dazu können die elektrisch leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereich auch durch Aufbringung eines geeigneten elektrisch leitfähigen Materials realisiert werden.

Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Zündelements weist dieses nicht nur eine isolierende Schicht, sondern darüber hinaus mindestens zwei elektrisch leitfähige Schichten auf, wobei die isolierende Schicht zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten angeordnet ist. Die leitfähigen gering stromtragfähigen Bereiche sind dabei mit den beiden elektrisch leitfähigen Schichten elektrisch verbunden, so dass zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten mindestens zwei parallel geschaltete leitfähige Verbindungen bestehen.

Die Herstellung eines derartigen Zündelements kann entsprechend den bekannten Herstellungsprozessen für Leiterplatten erfolgen, wobei auch die dort bekannten Materialien, d.h. Kupferfolien für die elektrisch leitfähigen Schichten und Polyimidfolien bzw. FR4-Folien für die isolierende Schicht verwendet werden können. Dadurch sind Zündelemente mit sehr geringen Abmessungen, insbesondere mit einer sehr geringen Höhe realisierbar, so dass ein derartiges Zündelement auch zwischen zwei Elektroden angeordnet werden kann, die nur einen relativ geringen Abstand voneinander aufweisen.

Neben der Ausbildung des Zündelements nach Art einer einlagigen Leiterplatte kann das Zündelement auch nach Art einer mehrlagigen Leiterplatte ausgebildet sein, d.h. mindestens drei elektrisch leitfähige Schichten und mindestens zwei elektrisch isolierende Schichten aufweisen. Bei einer derartigen Ausbildung des Zündelements ist zwischen zwei leitfähigen Schichten jeweils eine isolierende Schicht angeordnet. Darüber hinaus sind mindestens zwei leitfähige Schichten elektrisch miteinander verbunden, so dass diese das selbe Potential aufweisen. Auch bei Verwendung von mehr als zwei elektrisch leitfähigen Schichten und mehr als einer isolierenden Schicht weist ein derartiges mehrlagiges Zündelement dann nur zwei unterschiedliche Potentiale auf.

Die Ausbildung eines Zündelements mit mindestens zwei elektrisch leitfähigen Schichten und mindestens einer dazwischen angeordneten isolierenden Schicht erleichtert die Parallelschaltung der einzelnen leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche der isolierenden Schicht sowie die elektrische An- bindung des Zündelements an die entsprechenden Bauteile des Überspannung s Schutzelements. Die elektrische Parallelschaltung der einzelnen leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche der isolierenden Schicht kann jedoch auch mit Hilfe entsprechender leitfähiger Bauteile des Überspannungsschutzelements realisiert werden, so dass das Zündelement selber keine zwei leitfähigen Schichten aufweisen muß. Neben dem zuvor beschriebenen Zündelement betrifft die Erfindung gemäß Patentanspruch 8 auch noch ein Überspannungsschutzelement mit mindestens zwei Elektroden und einer zwischen den Elektroden ausgebildeten Funkenstrecke, wobei zwischen den beiden Elektroden ein erfindungsgemäßes Zündelement angeordnet ist. Außerdem betrifft die Erfindung auch noch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Zündelements.

Das Zündelements ist dabei derart zwischen den beiden Elektroden angeordnet, dass dann, wenn über eine der leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche der isolierenden Schicht des Zündelements ein Ableitstrom fließt, so dass es zu einem "Aufbrennen" der leitfähigen Verbindung kommt, der Zündbereich zwischen den beiden Elektroden ionisiert wird, so dass es schlagartig zu einem Zünden der Funkenstrecke zwischen den beiden Elektroden kommt. Hierfür ist es nicht erforderlich, dass das Zündelement vollständig zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist; ausreichend ist vielmehr, wenn zumindest der Teil des Zündelements, an dem die leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche ausgebildet sind, so weit in den Bereich zwischen den beiden Elektroden hineinragt oder an diesen Bereich angrenzt, dass ein "Aufbrennen" des gering stromtragfähigen Bereichs zu einer Ionisierung der Funken strecke führt.

Darüber hinaus ist das Zündelement derart mit den beiden Elektroden elektrisch verbunden, dass beim Anliegen einer Spannung, die größer als die Ansprechspannung des Überspannung s Schutzelements ist, ein Strom von der einen Elektrode über das Zündelement zur anderen Elektrode fließt. Da bei dem Überspannung s schutzelement durch das Zündelement bzw. dessen leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche eine leitfähige Verbindung zwischen den beiden Elektroden realisiert ist, ist elektrisch in Reihe zu den beiden Elektroden ein Spannung sschaltelement geschaltet, durch das verhindert wird, dass über das Überspannung s schutzelement im Normalfall, d.h. wenn keine Überspannung anliegt, bereits ein Strom fließt. Bei einem derart ausgebildeten Überspannung s schutzelement ist das Spannung sschaltelement so gewählt bzw. dimensioniert, dass es bei der Ansprechspannung des Überspannung s Schutzelements leitend wird. Als Spannungschaltelement kann dabei insbesondere ein gasgefüllter Überspannungsabieiter verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Varistor oder eine Supressordiode als Spannung s schaltelement eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement bzw. das erfindungsgemäße Zündelement eignen sich insbesondere bei einem sogenannten N/PE- Ableiter, der dem Potentialausgleich zwischen dem Neutralleiter N und dem Schutzleiter PE in einem TT Netzsystem dient, da über einen derartigen N/PE- Ableiter sehr hohe Stoßströme von lOOkA oder mehr fließen können. Wenn derart hohe Stoßströme über das Zündelement fließen kann es nicht nur zu einem - gewollten - Aufbrennen eines leitfähigen, gering stromstragfähigen Bereichs sondern zu einem Materialabtrag in diesem Bereich kommen, der zu einer starken Erhöhung des Widerstands dieses Bereichs führen kann.

Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Zündelement bzw. das Überspannung sschutzelement auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den Patentansprüchen 1 und 8 nachgeordneten Patentansprüche, als auch auf die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Überspannung s Schutzelements mit einem Zündelement,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zündelements und

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Zündelements.

In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Überspannung sschutzelement nur hinsichtlich seines prinzipiellen Aufbaus dargestellt. Einzelheiten des erfindungsgemäßen Zündelements 1 ergeben sich aus den Fig. 2 und 3. Zu dem dargestellten Überspannung s Schutzelements gehören insbesondere eine erste Elektrode 2, eine zweite Elektrode 3 und das zwischen den Elektroden 2 und 3 angeordnete Zündelement 1. Außerdem ist zwischen den beiden Elektroden 2 und 3 eine Funkenstrecke 4 ausgebildet, wobei beim Zünden der Funken- strecke 4 zwischen den beiden Elektroden 2, 3 ein - nicht dargestellter - Lichtbogen entsteht, über denn dann der abzuleitende Stoßstrom fließt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist das erfindungsgemäße Zündelement 1 eine isolierende Schicht 5 und mehrere leitfähige, gering stromtragfähige Bereiche 6, 6', 6", 6"' auf. Die einzelnen leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"' erstrecken sich jeweils von der Oberseite 7 bis zur Unterseite 8 der isolierenden Schicht 5, so dass zwischen der Oberseite 7 und der Unterseite 8 der isolierenden Schicht 5 eine entsprechende Anzahl an leitfähigen Verbindungen besteht. Die leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"' sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nur an der Oberfläche der isolierenden Schicht 5 ausgebildet, insbesondere an einer Stirnseite 9, wobei sich die leitfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"' bis auf die Oberseite 7 und die Unterseite 8 erstrecken. Das Zündelement 1 ist im montierten Zustand derart zwischen den beiden Elektroden 2 und 3 angeordnet, dass die Stirnseite 9 der isolierenden Schicht 5 im Wesentlichn in Längsrichtung der Funkenstrecke 4, d.h. parallel oder näherungs weise parallel zur Er Streckungsrichtung der Funken strecke 4 von der ersten Elektrode 2 zur zweiten Elektrode 3 verläuft.

Anhand des Ersatzschaltbildes gemäß Fig. 3 ist ersichtlich, dass die einzelnen leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"' vorzugsweise unterschiedliche Widerstandswerte R l 5 R 2 , R 3 , R n aufweisen. Darüber hinaus ist aus Fig. 3 erkennbar, dass die einzelnen elektrisch leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"' elektrisch zueinander parallel geschaltet sind. Die Paralleleschaltung der einzelnen leitfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"' kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Zündelment 1 neben der isolierenden Schicht 5 noch mindestens zwei elektrisch leitfähige Schichten 10, 11 aufweist, die mit der Oberseite 7 bzw. der Unterseite 8 der isolierenden Schicht 5 verbunden sind, so dass die isolierende Schicht 5 zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten 10, 11 angeordnet ist. Zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten 10, 11 besteht dann eine der Anzahl der leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"' entsprechende Anzahl an zueinander parallel geschalteten leitfähigen Verbindungen.

Liegt an dem Überspannung sschutzelement bzw. an dem Zündelement 1 eine Überspannung an, so führt dies dazu, dass über die an der Stirnseite 9 der isolierenden Schicht 5 ausgebildeten, leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"' ein Strom fließt. Übersteigt die Stromstärke des fließenden Stromes die Stromtragfähigkeit eines Bereichs 6, so kommt es zu einem "Aufbrennen" dieses Bereichs 6, was zu einer Ionisierung des angrenzenden Bereichs der Funkenstrecke 4 führt, wodurch es dann schlagartig zu einem Zünden der zwischen den beiden Elektroden 2 und 3 ausgebildeten Funkstrecke 4 kommt. Der abzuleitende Strom wird dann nicht mehr über das Zündelement 1 sondern über den dann zwischen den beiden Elektroden 2, 3 anstehenden Lichtbogen abgeleitet.

Damit über dass das erfindungsgemäße Zündelement 1 aufweisende Überspannung s schutzelement nicht bereits bei Anliegen der Nennspannung ein Strom über das Zündelement 1 fließt, ist ein Spannung sschaltelement, vorzugsweise ein gasgefüllter Überspannungsabieiter 12 elektrisch in Reihe zu den beiden Elektroden 2, 3 geschaltet. Der gasgefüllte Überspannungsabieiter 12 ist dabei derart dimensioniert, dass er beim Anliegen einer Überspannung, die der Ansprechspannung des Überspannungsschutzelements entspricht, schaltet, d.h. leitend wird. Nach dem Schalten des Überspannungsabieiters 12 fließt somit der abzuleitende Stoßstrom zunächst über die leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"', wobei sich der Stoßstrom entsprechend der einzelnen Impedanzen der einzelnen leitfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"' auf diese aufteilt. Übersteigt der über einen leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche 6 fließende Anteil des Stoßstrommes die Stromtragfähigkeit diese Bereichs 6, so kommt es zum "Aufbrennen" dieses Bereichs 6.

Wird dabei der leitfähige Bereich 6 bzw. die isolierende Schicht an dieser Stelle durch Materialabtrag überlastet, so dass dieser Bereich 6 nach dem Ableiten des Stoßstromes hochohmig wird, so führt dies beim nächsten Ansprechen des Überspannung sschutzelemts zu einer Veränderung der Verteilung des Stoßstromes über die einzelnen leitfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"'. Der größte Anteil des Stoßstromes fließt nun nicht mehr über den beschädigten, einen erhöhten Widerstand aufweisenden leitfähigen Bereich 6 sondern über einen anderen leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereich 6', der nun den geringsten Widerstand aufweist. Durch die Erhöhung des Widerstands des einen leitfähigen Beriechs 6 kommt es zwar zu einer entsprechenden Erhöhung des Gesamtwiderstandes der Parallelschaltung der einzelnen leitfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"', diese Erhöhung des Gesamtwiderstandes ist jedoch bei einer entsprechenden Anzahl und Dimensionierung der einzelnen leitfähigen, gering stromtragfähigen Bereiche 6, 6', 6", 6"' relativ gering, insbesondere wesentlich geringer als die Widerstandserhöhung eines einzelnen, überlasteten leitfähigen Bereichs 6. Dadurch kann auch bei mehreren, zeitlich nahein ander auftretenden Überspannungen mit sehr hohen abzuleitenden Stoßströmen ein niedriger Schutzpegel des Zündelements 1 bzw. des Überspannung s Schutzelements gewährleistet werden kann.