Überspannungsabieiter mit einem Varistorelement und Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsabieiters

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsabieiter mit einem Varistorelement, gegen welches an entgegengesetzten Enden ein erster und ein zweiter Armaturkörper über eine Verspanneinrichtung gepresst sind.

Ein derartiger Überspannungsabieiter ist beispielsweise aus dem US-Patent US 4,812,944 bekannt. Der dortige Überspan- nungsableiter ist an entgegengesetzten Enden seines Varistorelementes von Armaturkörpern begrenzt. Zur Verspannung der Armaturkörper gegen das Varistorelement ist eine Verspanneinrichtung vorgesehen. Es ist beispielsweise vorgeschlagen, an den Armaturkörpern Haken anzuformen, in welche Fasern oder Bänder einhängbar sind. Um eine Verspannung zwischen den Armaturkörpern zu erzielen ist weiter vorgeschla- gen, die Fasern oder Bänder beispielsweise durch Einwirkung von Wärmestrahlung zu schrumpfen.

Während eines Fertigungsprozesses erfordert ein Einhängen der Fasern/Bänder in die Haken eine Vielzahl von Arbeitsschrit- ten. Weiterhin ist bis zu einem Verspannen des Überspannungsabieiters die Lage der Fasern/Bänder in den Haken sowie der Armaturkörper an dem Varistorelement in geeigneter Weise zu sichern. Aufgrund der komplexen Konstruktion des Überspan- nungsableiters ist ein Zusammenfügen desselben aufwendig.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, einen Überspannungsablei- ter anzugeben, welcher vereinfacht konstruiert und damit kostengünstiger herzustellen ist. Erfindungsgemäß wird dies bei einem Überspannungsabieiter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zumindest einer der Armaturkörper eine Schulter aufweist, an welcher eine Traverse der Verspanneinrichtung abgestützt ist und zumindest ein Zugstrang an der Traverse angeschlagen ist.

Durch den Einsatz einer Traverse an der Verspanneinrichtung und ein Abstützen der Traverse an einer Schulter des Armaturkörpers sind in sich winkelstarre Elemente zur Übertragung von Anpresskräften zwischen der Verspanneinrichtung und den

Armaturkörpern genutzt. So ist es beispielsweise möglich, die Traverse unter Vorspannung auf die Schulter aufzusetzen. So ist eine selbstsichernde Konstruktion gegeben, welche bereits unmittelbar nach einem Aufsetzen der Traverse auf die Schul- ter eine Verspannung bewirkt. Damit ist eine Möglichkeit gegeben, während der Fertigung eines Überspannungsabieiters diesen beispielsweise nach einem Anbringen der Verspanneinrichtung an dem Armaturkörper frei von Stabilisierungsrahmen o. ä. zu transportieren und weiter zu bearbeiten.

Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass einander zugewandte Abstützflächen an Traverse und Schulter formkomplementär ausgeformt sind.

Die Traverse liegt mit einer Abstützfläche auf einer Abstützfläche der Schulter auf. Dabei sollten die Abstützflächen zumindest abschnittsweise formkomplementär ausgebildet sein, so dass ein unbeabsichtigtes Abrutschen bzw. Auslenken der Traverse von der Schulter verhindert ist. Dazu kann beispiels- weise vorgesehen sein, dass die formkomplementären Abstützflächen Abschnitte aufweisen, die zumindest teilweise in Richtung der durch die Verspanneinrichtung zu erzeugenden Anpresskraft verlaufende Flächenabschnitte aufweisen. Derartige Flächenabschnitte können z. B. senkrecht aus den Abstützflächen herausragen bzw. in diese hineinragen. In den Abstützflächen können Zapfen, Bohrungen, Rastnasen, Ausnehmungen und ähnliches angeordnet sein. Es können jedoch auch beispielsweise Profilierungen in Abstützflächen eingebracht sein. So können beispielsweise Wellenprofile, asymmetrische Verzahnungen, symmetrische Verzahnungen o. ä. eingesetzt werden .

Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass eine paarige Anzahl von Zugsträngen an einer Traverse angeschlagen ist.

Um eine Abstützung der Armaturkörper über die Verspannein- richtung zu gewährleisten, ist es nötig, dass zumindest ein Zugstrang zwischen Armaturkörpern bzw. einer oder mehreren Traversen Zugkräfte überträgt. Bei Nutzung eines Zugstranges kann dieser beispielsweise mittig an der Traverse angeschlagen sein. Der Zugstrang kann dabei selbst winkelsteif ausge- führt sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Zugstrang in sich selbst instabil, beispielsweise flexibel verformbar bzw. elastisch dehnbar ist. Um eine möglichst gleichmäßig verteilte Anpresskraft zwischen den Armaturkörpern zu erzeugen, kann die Anordnung einer geraden Anzahl von Zugsträngen an einer Traverse vorteilhaft sein. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass beiderseits einer Abstützfläche jeweils ein oder mehrere Zugstränge positioniert sind, so dass nach einem erfolgten Aufsetzen einer Traverse auf eine Schulter, quer zu einer Aufschubrichtung der Traverse, sich beiderseits der Schulter an der Traverse angeschlagene Zugstränge erstrecken. Eine Traverse ist ein winkelsteifer Körper, an welchen beispielsweise mehrere Zugstränge angeschlagen sind. Die Zugstränge sind beabstandet zueinander angeordnet. Über die Traverse können Kräfte zwischen den Zug- strängen übertragen werden bzw. Kräfte auf weitere Bauteile übertragen werden. Eine Traverse ist vorzugsweise als Querträger ausgeformt, welcher einer mechanischen Stabilisierung, Verbindung und Befestigung dient.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass zumindest einer der Armaturkörper bezogen auf die Verspannrichtung der Armaturkörper an dem Varistorelement mehrere symmetrisch am Umfang verteilt angeordnete Schultern aufweist.

Mittels einer Verspanneinrichtung wird in eine Verspannrichtung eine Haltekraft zwischen den Armaturkörpern erzeugt. Die Verspannrichtung durchsetzt dabei vorzugsweise das Varistorelement. Vorzugsweise sollten die einzelnen Zugstränge am äußeren Umfang des Varistorelementes verteilt angeordnet sein, so dass ein aus den einzelnen Zugsträngen gebildeter Käfig das Varistorelement mantelseitig umgibt. Somit kann nach erfolgter Verspannung der Verspanneinrichtung ein zusätzlicher mechanischer Schutz des Varistorelementes gewähr- leistet sein. Ordnet man nunmehr mehrere Schultern symmetrisch am Umfang der Armaturkörper verteilt an, so ist beispielsweise bei einer gleichartigen Ausgestaltung von mehreren Traversen und mehreren Zugsträngen eine annähernd gleichmäßige Verteilung von Zugsträngen möglich. Durch die Lage der Schultern wird eine Position der Traversen eindeutig festgelegt. Folglich ist durch die an die Traversen angeschlagenen Zugstränge eine Käfigstruktur um das Varistorelement gebildet. Eine Verspanneinrichtung kann mehrere unabhängig voneinander an Schultern eines Armaturkörpers angeordnete Traversen aufweisen.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Verspanneinrichtung zwei entgegengesetzt zueinander ausgerichtete gleichförmige Traversen aufweist. Rüstet man die Verspanneinrichtung mit entgegengesetzt zueinander ausgerichteten gleichartig geformten Traversen aus, so ist es möglich, die Traversen mittels zumindest eines, vor- zugsweise mittels mehrerer, vorzugsweise in einer paarigen Anzahl von Zugsträngen miteinander zu verbinden. So ist es beispielsweise möglich, an entgegengesetzten Enden des Varistorelementes liegende Armaturkörper mit daran angeordneten Schultern unter Zwischenlage des Varistorelementes gegenein- ander zu pressen. Über die Wahl der Länge der Zugstränge ist eine Möglichkeit gegeben, die durch die Verspanneinrichtung aufzubringende Verspannkraft zu regulieren. Je nach Bedarf können dadurch die Armaturkörper mit einer mehr oder weniger starken Kraft gegen das Varistorelement gepresst werden. Ne- ben einer Ausbildung eines mechanisch steifen winkelstarren

Überspannungsabieiters kann durch das Aufbringen einer erhöhten Spannkraft auch eine elektrische Kontaktierung der Armaturkörper mit dem Varistorelement erfolgen. Dadurch ist eine Möglichkeit gegeben, das Varistorelement über die Armaturkör- per elektrisch zu kontaktieren und das Varistorelement beispielsweise zum Schutz vor Überspannungen in Elektroenergieübertragungseinrichtungen einzusetzen.

Vorteilhafterweise kann dabei vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Armaturkörper gleichartig geformt sind.

Eine Verwendung von gleichartigen Armaturkörpern gestattet es, eine Einbaulage des Überspannungsabieiters vergleichsweise frei zu wählen. Weiterhin wird durch die Verwendung von Gleichteilen zusätzlich die Anzahl auszulegender Bauteile reduziert. Dadurch kann die Lagerhaltung kostengünstiger gestaltet werden, wodurch sich die Gesamtherstellungskosten für einen Überspannungsabieiter reduzieren. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsabieiters mit einem ersten und einen zweiten Armaturkörper, die über eine Verspanneinrichtung gegen entgegengesetzte Enden eines Varistorelementes ge- presst werden, anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren der vorstehenden Art dadurch gelöst, dass an entgegengesetzten Enden des Varistorelementes jeweils der erste und der zweite Arma- turkörper aufgesetzt und von äußeren Kräften gegen das Varistorelement gepresst werden, dass eine erste und eine zweite Traverse an entgegengesetzten Enden zumindest eines Zugstranges angeschlagen werden, dass die erste Traverse auf eine Schulter des ersten Armaturkörpers und die zweite Tra- verse auf eine Schulter des zweiten Armaturkörpers aufgesetzt werden und die äußeren Kräfte reduziert werden und ein Anpressen der Armaturkörper gegen das Varistorelement über den unter Spannung gesetzten Zugstrang und die Traversen der Verspanneinrichtung erfolgt.

Durch ein Aufsetzen der Armaturkörper auf das Varistorelement und ein Verpressen derselben gegen das Varistorelement durch eine äußere Kraft kommt es zu einer Kompression der miteinander zu verbindenden Baugruppen. Diese Kompression kann sich im Bereich von wenigen Millimetern bewegen, wobei die Kompression vorzugsweise reversibel sein sollte. Durch ein Verbinden der zwei Traversen ist eine Verspanneinrichtung geschaffen, welche auf Schultern der beiden Armaturkörper aufgesetzt werden kann. Dabei sollte die Dimension des oder der Zugstränge derart gewählt sein, dass ein leichtgängiges Aufsetzen der Traversen auf die Schultern ermöglicht ist, der oder die Zugstränge jedoch bereits während des Aufsetzens einer Vorspannung ausgesetzt werden. Diese Vorspannung ver- hindert ein unbeabsichtigtes Lösen der aufgesetzten Traversen entgegen ihrer Aufschubrichtung auf die Schultern.

Nach einem Aufsetzen der Traversen, welche über den zumindest einen Zugstrang miteinander verbunden sind, werden die äußeren Kräfte reduziert. Aufgrund der Reduktion der äußeren Kräfte kommt es zu einer Umkehrung der während des Aufbrin- gens der äußeren Kräfte erfolgten Kompression des Varistorelementes bzw. der Armaturkörper. Durch die Rücknahme der äußeren Kräfte erfolgt eine Längung des Stapels aus Armaturkörpern und dem Varistorelement. Dadurch werden die Zugstränge unter erhöhte Spannung gesetzt. Über die an den Armaturkörpern angeschlagenen Traversen wird eine Längung der Armaturkörper und des Varistorelementes begrenzt und der Stapel gegeneinander verpresst.

Nunmehr ist ein winkelstarrer Stapel gebildet, welcher beispielsweise auch nach einem erfolgten Verspannen der Zugstränge demontierbar ist, indem man wiederum äußere Kräfte aus entgegengesetzten Richtungen auf die Armaturkörper einwirken lässt und den Stapel aus Armaturkörpern und Varistorelement komprimiert, so dass die Zugstränge entspannt werden und die Traversen von den Schultern herabgenommen werden können. Damit ist eine Möglichkeit gegeben, beispielsweise Repa- raturen an derartig hergestellten Überspannungsableitern durchzuführen .

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher be- schrieben.

Dabei zeigt die Figur 1 ein Anschlagen von Zugsträngen an zwei Traversen, die

Figur 2 einen Stapel von Armaturkörpern und einem Varistor- element während des Aufbringens von Traversen auf

Schultern der Armaturkörper, und die

Figur 3 einen verspannten Überspannungsabieiter.

In der Figur 1 ist exemplarisch eine Ausgestaltungsvariante eines Verspannelementes dargestellt. Eine Verspanneinrichtung kann ein oder mehrere Verspannelemente aufweisen. Dabei weist das Verspannelement eine erste Traverse 1 sowie eine zweite Traverse 2 auf. Die erste und die zweite Traverse 1, 2 sind als gleichartige Formkörper ausgestaltet. Dabei weisen die

Traversen 1, 2 jeweils eine quaderförmige Grundstruktur auf, wobei zwei gegenüberliegenden Enden der Traversen 1, 2 jeweils gebrochene Ecken aufweisen und zwar derart, dass ein Abschnitt einer Mantelfläche eines Kreiszylinders entsteht. Im Bereich der gerundeten Enden weisen die Traversen 1, 2 jeweils Ausnehmungen 3a, 3b auf. Diese Ausnehmungen 3a, 3b sind beispielsweise sacklochartig geformt. Die Ausnehmungen 3a, 3b liegen in einer Abstützfläche. Die Abstützfläche ist von zwei parallel zueinander liegenden Körperkanten der Traverse 1, 2 begrenzt. Die beiden parallelen Körperkanten gehen in gebogene Körperkanten der gerundeten Enden über und verbinden die beiden parallel zueinander liegenden Körperkanten jeweils endseitig. In die Abstützfläche ist eine Vertiefung 4 eingeformt. Die Vertiefung 4 ist im vorliegenden Beispiel als Nut ausgeformt. Die Abstützfläche der Traverse 1, 2 mit der entsprechenden Vertiefung 4 dient dazu, auf eine formkomplementäre Abstützfläche einer Schulter 9a, 9b, 9c, 9d aufgelegt zu werden. Insbesondere durch die Vertiefung 4 wird ein quer zur Verspannrichtung der Verspanneinrichtung gerichtetes Abglei- ten einer Traverse 1, 2 von einer Schulter 9a, 9b, 9c, 9d verhindert .

In die Ausnehmungen 3a, 3b werden Zugstränge 5a, 5b einge- setzt. Im Ausführungsbeispiel sind die Zugstränge 5a, 5b als formstabile Stäbe ausgeführt. Vorzugsweise sollten die Zugstränge elektrisch isolierend wirken, so dass eine Ausbildung eines Strompfades zwischen den an den Zugsträngen endseitig angeordneten und entgegengesetzt zueinander ausgerichteten Traversen 1, 2 verhindert ist. Es haben sich Glasfaserstäbe zur Ausbildung der Zugstränge 5a, 5b bewährt. Darüber hinaus können auch andere geeignete Materialien zum Einsatz gelangen. Die Zugstränge 5a, 5b werden in die Ausnehmungen 3a, 3b der Traversen 1, 2 eingeführt und dort angeschlagen. Ein An- schlagen der Zugstränge 5a, 5b an den Traversen 1, 2 kann durch verschiedenartige Verfahren bzw. Vorrichtungen erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, die Zugstränge 5a, 5b Stoffschlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig an den Traversen 1, 2 anzuschlagen. Als günstig hat sich dabei erwie- sen, die Zugstränge 5a, 5b in den Ausnehmungen 3a, 3b zu verklemmen oder zu verpressen.

Nach einem erfolgten Anschlagen der Zugstränge 5a, 5b an der ersten und der zweiten Traverse 1, 2 ist eine Verspannelement gebildet, welches zwischen den Traversen 1, 2 Kräfte über die Zugstränge 5a, 5b übertragen kann.

In der Figur 2 ist ein Stadium während der Herstellung eines Überspannungsabieiters gezeigt. Der Überspannungsabieiter weist ein Varistorelement 6 auf. Das Varistorelement 6 ist beispielsweise ein gesinterter Metalloxidkörper, welcher gegebenenfalls einer Vielzahl übereinander aufgestapelter Teilabschnitte aufweist. Endseitig sind an dem Varistorelement 6 ein erster Armaturkörper 7 sowie ein zweiter Armaturkörper 8 angeordnet. Die Armaturkörper 7, 8 sind elektrisch leitend ausgestaltet, so dass über die Armaturkörper 7, 8 eine elektrische Kontaktierung des Varistorelementes 6 erfolgen kann. Somit ist es beispielsweise möglich, das Varistorelement 6 zum Schutz eines elektrischen Gerätes zwischen einem spannungsführenden Phasenleiter und Erdpotential einzuschleifen . Je nach Bedarf können verschiedenartige Formgebungen für die Armaturkörper 7, 8 vorgesehen sein. Im vorliegenden Beispiel sind die beiden Armaturkörper 7, 8 gleichartig ausgeformt, wobei sie entgegengesetzt zueinander ausgerichtet an entgegengesetzten Enden des Varistorelementes 6 auf das Varistorelement 6 aufgesetzt sind. Das Varistorelement 6 weist dazu vorzugsweise kreisrunde Stirnflächen auf. Auf die kreisrunden Stirnflächen sind Kontaktierungsflachen der Armaturkörper 7, 8 aufgesetzt. An den von den Kontaktierungsflachen der Armaturkörper 7, 8 abgewandten Seiten sind Kontaktierungsblöcke vorgesehen. An den Kontaktierungsblöcken sind beispielsweise Kabelschuhe anschraubbar, um eine elektrische Kontaktierung des Überspannungsabieiters zu bewirken. Es kann auch vorgese- hen sein, dass an den Kontaktierungsblöcken entsprechende Gewindestangen oder andere geeignete Elemente eingeschraubt oder angeformt sind.

Die beiden Armaturkörper 7, 8 weisen bezüglich ihrer Anpress- richtung gegen das Varistorelement 6 an ihrem Umfang radial herausragende Schultern 9a, 9b, 9c, 9d auf. Diese Schultern 9a, 9b, 9c, 9d sind mit einer Abstützfläche ausgestattet. In den Abstützflächen sind in den Abstützflächen der Traversen 1, 2 zu den Vertiefungen 4 gegengleich ausgeformte Erhebungen 10 angeordnet. Somit sind die Abstützflächen der Traversen 1, 2 zumindest abschnittsweise gegengleich zu den Abstützflächen der Schultern 9a, 9b, 9c, 9d ausgeformt. Der Stapel aus erstem Armaturkörper 7, Varistorelement 6 und zweitem Armaturkörper 8 wird durch äußere Kräfte F zusammen- gepresst und komprimiert. Nunmehr kann zumindest ein Verspannelement vorteilhaft jedoch mehrere Verspannelemente auf die Schultern 9a, 9b, 9c, 9d aufgesetzt werden. Dabei ist der Abstand zwischen zueinander fluchtende angeordnete Schultern 9a, 9b, 9c, 9d an dem ersten Armaturkörper 7 und dem zweiten Armaturkörper 8 derart gewählt, dass die Verspanneinrichtung mit erster Traverse 1 und zweiter Traverse 2, die über die angeschlagenen Zugstränge 5a, 5b miteinander verbunden sind, rastend auf die Erhebungen 10 an den Schultern 9a, 9b, 9c, 9d in einer Aufschubrichtung aufschiebbar sind. Aufgrund der gegengleich ausgeführten Vertiefung 4 in den Abstützflächen der Traversen 1, 2 ist eine Lagesicherung der Traversen 1, 2 an den Schultern 9a, 9b, 9c, 9d gegeben. Im vorliegenden Beispiel sind zwei, eine Verspanneinrichtung bildende Verspannelemente vorgesehen, welche gleichartige Traversen 1, 2 und Zugelemente 5a, 5b aufweisen. Bedarfsweise kann die Anzahl der Verspannelemente erhöht werden. So ist es beispielsweise möglich, drei oder vier Verspannelemente um das Varistorelement 6 herum symmetrisch verteilt anzuordnen. Dazu ist eine entsprechende Anzahl von Schultern an den beiden Armaturkörpern 7, 8 vorzusehen.

Nachdem die Verspannelemente auf die Schultern 9a, 9b, 9c, 9d aufgerastet wurden, erfolgt eine Reduzierung der äußeren Kräfte F. Dadurch kehrt sich die an den Armaturkörpern 7, 8 und dem Varistorelement 6 hervorgerufene Kompression um, so dass eine Expansion der Armaturkörper 7, 8 und des Varistor- elementes 6 in Verspannrichtung der Verspanneinrichtung erfolgt. Damit werden die Verspannelemente der Verspanneinrichtung unter erhöhte Spannung gesetzt. Die Verspanneinrichtung ist jedoch derart dimensioniert, dass der sich ausdehnende Stapel aus Armaturkörpern 7, 8 und Varistorelement 6 sich nicht vollständig in seine ursprüngliche Dimension ausdehnen kann .

Damit ist eine ausreichende Verspannung der Armaturkörper 7, 8 an dem Varistorelement 6 gegeben. Während des Entlastens der Armaturkörper 7, 8 und des Varistorelementes 6 von den äußeren Kräften F kann auch vorgesehen sein, dass die Zugstränge 5a, 5b gelängt werden, so dass auch von den Zugsträngen 5a, 5b eine zusätzliche Anpresskraft ausgehen kann.

Über die Traversen 1, 2 und die Schultern 9a, 9b, 9c, 9d an dem ersten und dem zweiten Armaturkörper 7, 8 erfolgt eine stabile Verspannung des Überspannungsabieiters.

Wie in der Figur 3 gezeigt, ist dabei vorgesehen, dass die abgerundeten Enden der Traversen 1, 2 eine dielektrisch schirmende Wirkung auf die Kontaktierungsblöcke des ersten und des zweiten Armaturkörpers 7, 8 haben.

Der so gebildete Überspannungsabieiter kann zu seinem Schutz mit einem Gehäuse umgeben werden. Dabei ist es beispielsweise möglich, elektrisch isolierende Überwürfe einzusetzen oder einen Kunststoffumguss an dem Überspannungsabieiter vorzusehen .