Beschreibung

überspannungsabieiter mit mindestens einem Ableitelement, beispielsweise einem Varistor

[001] Die Erfindung betrifft einen überspannungsabieiter mit mindestens einem

Ableitelement, beispielsweise einem Varistor sowie eine Ab trenn Vorrichtung, um das oder die Ableitelemente ein- oder allpolig vom Netz zu trennen, wobei die Abtrennvorrichtung eine Lötstelle umfasst, welche in den elektrischen Anschlusspfad innerhalb des Ableiters eingebunden ist, wobei über die Lötstelle ein beweglicher Leiterabschnitt oder eine bewegliche leitende Brücke mit dem Ableitelement einerseits und der Leiterabschnitt oder die Brücke andererseits mit einem elektrischen Außenanschluss des Ableiters verbunden ist, sowie weiterhin umfassend eine Vorspannkraft erzeugende Feder, wobei der diesbezügliche Kraftvektor mittelbar oder unmittelbar auf den Leiterabschnitt oder die Brücke in Abtrennrichtung wirkt, gemäß Oberbegriff des PatentDanspruchs 1.

[002] überspannungsabieiter, auch in steckbarer Bauart, gehören seit vielen Jahren zum

Stand der Technik. Bei steckbaren überspannungsableitern wird von einem Unterteil mit Kontaktaufnahmen und einem Oberteil mit in die Kontaktaufnahmen einschiebbaren Kontaktstiften und mit einem zwischen diesen Kontaktstiften angeordneten überspannungsableitelement, vorzugsweise Varistor, ausgegangen.

[003] In der Zuleitung zum überspannungsableitelement ist als thermische Sicherung eine Lötstelle angeordnet, bei welcher einer der verlöteten Zuleitungsteile mit einer, dieses Zuleitungsteil in Richtung weg von der Lötstelle vorspannenden Feder in Verbindung steht.

[004] Das Zuleitungsteil kann als flexibler, seilartiger Leiter ausgeführt werden, wobei jedoch hier Probleme bei hohen Stoßströmen auftreten.

[005] Aufgrund der Stoßstromproblematik wurde gemäß der EP 0 905 839 B 1 vorgeschlagen, das federvorgespannte Zuleitungsteil durch eine Brücke zu verbinden, während beide Enden über Lötstellen mit weiteren Zuleitungsteilen in Kontakt stehen. Das Zuleitungsteil, welches beweglich ist, weist in sich starre Eigenschaften auf und kann mit relativ großem Querschnitt aus gut leitendem Material gefertigt werden. Damit ergibt sich eine hohe StoßstromDfestigkeit. Aufgrund der vorgesehenen zwei Unterbrechungsstellen soll eine besonders sichere Abtrennung des überspannungsabieiters vom Netz bewirkt werden.

[006] In Weiterbildung der Lehre nach EP 0 905 839 Bl ist vorgesehen, dass die Brücke

im Querschnitt betrachtet Doppel-L-förmig ausgebildet ist. Die beiden durch die Brücke verbundenen Zuleitungsabschnitte können auf diese Weise relativ weit auseinander liegend angeordnet werden. Ebenfalls vorbekannt ist es, die Brücke gemäß EP 0 905 839 Bl an einem Ende mit einem Steg zu versehen, an welchem eine eine Vorspannkraft erzeugende Feder festgelegt ist.

[007] Ergänzend besteht die Möglichkeit, bei steckbaren überspannungsableitern nach

EP 0 905 839 Bl eine optische Defektanzeige vorzusehen, umfassend eine in der Stirnseite des Oberteils angeordnete Durchbrechung sowie einen im Inneren des Oberteils beweglich gelagerten Hebel, welcher sich vom Bereich der Durchbrechung bis in die Bewegungsbahn der leitenden Brücke erstreckt und dessen erstes, im Bereich der Durchbrechung befindliches Ende ein Signalplättchen trägt. Das Signalplättchen weist auf seiner der Durchbrechung zugewandten Oberfläche eine für den entsprechenden Betriebszustand typische Markierung auf. Die Markierung kann durch die Brücke bei deren öffnungsDbewegung unter Beachtung des vorhandenen Hebels von einer durch die Durchbrechung nicht einsehbaren in eine einsehbare Position verbracht werden.

[008] Die Lötstelle, welche die Brücke, die unter Federvorspannkraft steht, hält, besitzt ein Lot mit definiertem Schmelzpunkt. Der Schmelzpunkt ist so gewählt, dass er bei Wärmeenergien, die der Ableiter unbeschädigt aufnehmen kann, noch nicht erreicht wird. Die Lötverbindung bleibt damit, so lange der überspannungsabieiter unbeschädigt ist, wirksam, wird aber bei größeren Wärmeenergien gelöst.

[009] Unter Beachtung der den Normvorschriften genügenden maximalen

Betriebstemperatur im Inneren derartiger überspannungsabieiter müssen relativ niedrig schmelzende Lote eingesetzt werden. Derartige Lote sind nur begrenzt in der Lage, mechanische Kräfte, insbesondere Scherkräfte, aufzunehmen.

[010] Letzteres wiederum bedeutet, dass die Federvorspannkraft, welche auf die Brücke und die entsprechende Lötstelle wirkt, einer engen Begrenzung unterliegt. Eine begrenzte Federkraft jedoch ist einer schnellen TrennbeDwegung des starren Brückenteils abträglich, insbesondere dann, wenn aufgrund des eutektischen Verhaltens des Lotes kein sofortiges DurchD schmelzen der Lötstelle eintritt.

[011] Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentD wickelten überspannungsabieiter mit insbesondere thermischer Ab trennD Vorrichtung anzugeben, welcher ein sehr sicheres lichtbogenarmes Abtrennverhalten im Störungsfall zeigt und der eine hohe Langzeitstabilität insbesondere mit Blick auf die Lötverbindung der thermischen Trennstelle besitzt.

[012] Die Lösung der Aufgabe der Erfindung wird von einem überspannungsabieiter in seiner Definition gemäß Merkmalskombination nach Patentanspruch 1 gelöst, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

[013] Der Grundgedanke der Erfindung liegt demgemäß darin, dass zusätzlich ein thermisch auslösbares Sperrelement den beweglichen Leiterabschnitt oder die vorgesehene bewegliche leitfähige Brücke hinsichtlich des dauerwirkenden Vorspannkraftvektors blockiert, so dass die Lötstelle der Abtrennvorrichtung keiner permanenten kraftseitigen Belastung ausgesetzt ist.

[014] Durch dieses zusätzliche z.B. Lotformteil ist eine Arretierung gegeben, welche erst bei Erreichen der einzustellenden Schmelztemperatur einer Entriegelung unterliegt, so dass die vorgespannte Feder dann die Abtrennvorrichtung aktiviert.

[015] Die sensible Lötstelle der elektrischen Abtrenn Vorrichtung ist nicht permanent einer

Federkraft oder Federvorspannung ausgesetzt. Unter Beachtung dieser Tatsache ist es nunmehr möglich, die Auslegung der mechanischen BauDgruppen, d.h. der Feder, des Abtrennhebels und der jeweiligen HebelverDhältnisse zu korrigieren und zu optimieren.

[016] Insbesondere ist gemäß der Erfindung die Möglichkeit gegeben, große FederDkräfte wirksam werden zu lassen, die eine schnelle Bewegung während der eigentlichen Abtrennung realisieren. Unter diesen Bedingungen wird das Ausschaltvermögen der Abtrennvorrichtung im Falle des Aktivwerdens dieser erheblich verbessert.

[017] Bei einer Ausführungsform der Erfindung greift das thermisch auslösbare

Sperrelement einerseits in einen Abwinklungsbereich des Leiterabschnitts ein und ist andererseits am Ableitergehäuse oder einer Gehäusetrennwand des Ableiters gegengelagert und mit dem Ableiter in thermischem, wärmeleitendem Kontakt stehend.

[018] Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung blockiert das thermisch auslösbare Sperrelement als bolzenartiges Teil den Bewegungsweg einer Hebelübersetzung, welche zwischen Feder und Leiterabschnitt angeordnet ist.

[019] Das thermisch auslösbare Sperrelement kann als vorgeformtes Teil aus einem niedrig schmelzenden Lot bestehen bzw. derartig gefertigt werden.

[020] Die Eigenschaften des Lotes für das thermisch auslösbare Sperrelement können ungeachtet elektrischer Parameter allein unter mechanischem Aspekt, wie z.B. hohe Zugkraftbeständigkeit, ausgewählt werden.

[021] Ausgestaltend kann der bewegliche Leiterabschnitt als Federzunge ausgebildet

werden, so dass hier eine weitere Unterstützung der Trennbewegung im Störungsfall gegeben ist.

[022] Die Hebelübersetzung kann mit einer optischen Defektanzeige in Verbindung stehen, um den Störungs- bzw. Ausfallzustand des Ableitelements zu signalisieren.

[023] Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, unter Rückgriff auf die

HebelDübersetzung oder die Bewegung des Leiterabschnitts einen Fernmeldekontakt zu aktivieren.

[024] Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der bewegliche Leiterabschnitt ein

Stanz-Biegeteil, welches einen angeformten Außenanschluss, insbesondere in Form eines Steckkontakts besitzt. Damit kann dieses Teil kostengünstig gefertigt und leicht ohne größeren Aufwand montiert werden.

[025] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die

AktivierungstemDperatur des Sperrelements kleiner als die Schmelztemperatur der Lötstelle. Damit wird die Sperrelementfunktion beim Ansteigen der Temperatur hinein in den kritischen Bereich aufgehoben, so dass beim weitere Ansteigen der Temperatur im Störungsfall die Abtrennbewegung ungehindert auslösbar ist bzw. erfolgen kann.

[026] Wird beispielsweise bei einer Hebelübersetzung dafür Sorge getragen, dass beim

Erreichen der Aktivierungstemperatur des Sperrelements ein Hebelteil einen ersten Weg zurücklegt, um in Anschlag mit dem Leiterabschnitt oder der Brücke zu gelangen, dann kann dieser zurückgelegte Weg genutzt werden, um einen Fernmeldekontakt oder eine optische Anzeige auszulösen, welcher bzw. welche signalisiert, dass eine kritische Temperaturerhöhung stattfand, um auf diese Weise anzuzeigen, dass es zweckmäßig ist, den überspannungsabieiter auszutauschen.

[027] Im Vergleich zu bisherigen thermischen Trenn Vorrichtungen kann die

Vorspannkraft, welche bevorzugt mit einer Federanordnung erzeugt wird, einen im Vergleich zur möglichen Dauerbelastung der Lötstelle höheren Wert annehmen, um im Störungsfall die gewünschte sehr schnelle Abtrennbewegung des Leiterabschnitts oder der leitenden Brücke zu gewährleisten.

[028] Die Erfindung soll nachstehend eines Ausführungsbeispiels sowie unter

Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

[029] Hierbei zeigen:

[030] Fig. 1 eine erste beispielhafte Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung mit einem Lotformteil, welches im Abtrennbock unter thermischem Kontakt mit einer Varistorscheibe stehend, befindlich ist,

[031] Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der das Lotformteil des Sperrelements direkt auf

bzw. am Leiterabschnitt angeordnet ist und über eine Gegenlagerung in der

Gehäusetrennwand verfügt, und [032] Fig. 3 und 4 eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit zweistufiger

Belastungs- oder Defektanzeige. [033] Bei den Darstellungen nach den Fig. 1 und 2 wird von einem steckbaren

überspannungsabieiter mit einem Basisteil ausgegangen. Dieses Basisteil 1 besitzt eine rückseitige Ausnehmung mit Mitteln zur Hutschienenbefestigung 2. [034] In den von den beiden Schenkeln des U-förmigen Basisteils 1 gebildeten Freiraum wird der eigentliche überspannungsabieiter 3 eingesteckt. Entsprechende

Steckkontakte 4 am überspannungsabieiter 3 greifen in Kontaktausnehmungen 5 im

Basisteil 1 ein. Eine Kodierung 6 einerseits im Basisteil 1 und andererseits im

überspannungsabieiter 3 verhindert das Einsetzen nicht korrekter oder ungeeigneter

Ableiter. [035] Der überspannungsabieiter 3 weist in seinem Inneren den nicht gezeigten eigentlichen Ableiter, z.B. eine Varistorscheibe auf. [036] Die hinter der Trennwand 7 befindliche Varistorscheibe verfügt über zwei

Anschlüsse. Ein erster Anschluss 8 steht mit dem linksseitigen Steckkontakt 4 über ein

Leiterteil 9 in Verbindung. [037] Ein zweiter Anschluss 10 wird durch die Trennwand 7 hindurchgeführt und dort über eine Lötstelle 11 mit einem beweglichen Leiterabschnitt 12 verbunden. [038] Der bewegliche Leiterabschnitt 12 geht in den rechtsseitig angeordneten

Steckkontakt 4 über. [039] Ein hebelartig ausgeführter Abtrennbock 13 weist an der Oberseite eine optische

Defektanzeige 14 auf. [040] Der optischen Defektanzeige 14 benachbart greift ein erstes Ende einer Feder 15 ein, wobei das zweite Ende der Feder 15 im Bereich der Trennwand 7 fixiert ist. Damit bewirkt die Feder 15 eine Vorspannkraft über den Abtrennbock 13 und den Stößel 16 auf den beweglichen Leiterabschnitt 12 und damit die Lötstelle 11. [041] Das thermisch auslösende Sperrelement 17, z.B. als Lotformteil ausgeführt, sitzt im

Abtrennbock 13 und sperrt diesen bolzenartig über eine entsprechende Gegenlagerung in der Trennwand 7. [042] Durch das thermisch auslösbare Sperrelement 17 ist der Kraftvektor der

Vorspannkraft blockiert, so dass die Lötstelle 11 der Abtrennvorrichtung keiner permanenten kraftseitigen Belastung ausgesetzt ist. [043] Der überspannungsabieiter 3 weist noch ein Gehäuse 18 mit einem Fenster 19

bezüglich der optischen Defektanzeige 14. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird von einer ähnlichen Konstruktion wie zur Fig. 1 erläutert ausgegangen.

[044] Allerdings ist hier das thermisch auslösbare Sperrelement 17 nicht als Sperrbolzen im Abtrennbock, sondern im Bereich des beweglichen Leiterabschnitts 12 befindlich und mit dem Bezugszeichen 20 symbolisiert.

[045] Auch bei dieser Ausführungsform verhindert das thermisch auslösbare

Sperrelement, dass die Vorspannkraft der Feder 15 die Lötstelle 11 dauerhaft mit der Folge unerwünschter Zug- oder Scherkräfte beaufschlagt. Erst dann, wenn die Schmelztemperatur des Lotformteils 20 erreicht ist, wird der Kraftweg freigegeben und es kann bei weiterem Temperaturanstieg nach Erreichen der Lottemperatur hinsichtlich der Lötstelle 11 der Abtrennvorgang in bekannter Weise erfolgen.

[046] Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, kann der bewegliche Leiterabschnitt 12 mit dem rechtsseitigen Steckkontakt 4 einstückig als Stanzbiegeteil gefertigt und montageerleichternd verwendet werden.

[047] Die Fig. 3 und 4 zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit zweiDstufiger Belastungs- oder Defektanzeige.

[048] Fig. 3 stellt hierbei den Zustand dar, bei welchem noch keine kritischen therDmischen Belastungen für den überspannungsabieiter eingetreten sind und bei dem das Sperrelement 17 noch nicht ausgelöst wurde.

[049] Fig. 4 hingegen zeigt den Zustand nach Auslösung des Sperrelements 17.

[050] Bei den Darstellungen gemäß Fig. 3 und 4 ist das thermisch auslösbare

Sperrelement 17 Bestandteil einer zweistufigen Belastungs- oder DefektD anzeige, wobei ein gelenkig angeschlagener Hebelarm 28 vorhandenen ist, dessen Hebelarmende 29 in einen Sperrschieber 24 eingreift. Dieser Sperrschieber 24 steht mit einem Anschlag 27 eines Brückenbetätigungsteils 23 im mechanischen Kontakt und sperrt dieses Brückenbetätigungsteil 23 im Zustand gemäß Fig. 3.

[051] Das Brückenbetätigungsteil 23 ist unter Vorspannung einer Feder 15 gehalten und weist eine Ausnehmung 26 auf, in welcher eine Nase 25 der leitenden Brücke 22 eingreift.

[052] Im Zustand des blockierten Brückenbetätigungsteils 23 aufgrund der Wirkung des

Sperrschiebers 24 ist, wie in Fig. 3, Detail A gezeigt, ein Spiel zwischen der Ausnehmung 26 und der Nase 25 vorhanden, was bedeutet, dass die Kraft der Feder 15 nicht auf eine kritische Lötverbindung übertragen wird, die sich zwischen der Brücke 22, dem jeweiligen Anschluss des Ableitelements und dem Steckkontakt 4 befindet.

[053] Es nimmt also das Sperrelement mit seinem Sperrschieber 24 die

FedervorD Spannung des Brückenbetätigungsteils 23 im nicht ausgelösten Zustand auf und leitet die Federvorspannkraft ab. Im ausgelösten Zustand hingegen tritt der Sperrschieber 24 außer Kontakt mit dem Anschlag 27 des BrückenbetätiDgungsteils 23 mit der Folge, dass das Spiel gemäß der Darstellung des Details A nach Fig. 4 verschwindet. Erst in diesem Fall kommt die Wirkung der Feder 15 zum Erzeugen einer Vorspannkraft über das Brückenbetätigungsteil 23 hin zur Brücke 22 zur Geltung.

[054] Der Hebelarm 28 des Sperrelements 17 wird von einem Lotstift oder Lotbolzen 30 als dem eigentlichen thermischen Sperrelement gehalten, wobei die Schmelztemperatur dieses Lotstifts oder Lotbolzens 30 kleiner sein kann als die Temperatur des Lotes, welches die Brücke 22 mit dem jeweiligen Anschluss des Ableitelements und dem Steckkontakt 4 verbindet.

[055] Wenn beispielsweise eine thermische Belastung des überspannungsabieiters eingetreten ist, die noch nicht zu einem Funktionsausfall des eigentlichen Ableitelements geführt hat, jedoch für das zukünftige Betriebsverhalten oder den Austauschzyklus des Ableiters von Bedeutung ist, wird unter Wirkung der Feder 32 der Hebelarm 28 in einer Position gemäß Darstellung der Fig. 4 nach links überführt, und zwar unter Mitnahme des Sperrschiebers 24, welcher mit einer optischen Defektanzeige 14 in Verbindung steht. Diese optische DefektD anzeige 14 gelangt dann in den Bereich eines nicht dargestellten Fensters und signalisiert die aufgetretene thermische Belastung.

[056] Wie aus den figürlichen Darstellungen 3 und 4 deutlich wird, greift das

Hebelarmende 29 in einen nutförmigen Rücksprung des Sperrschiebers 24 ein, um diesen bewegungsseitig mitnehmen zu können.

[057] Durch die Blockierwirkung zwischen dem Sperrschieber 24 und dem Anschlag 27 des Brückenbetätigungsteils 23 kann die Vorspannung der Feder 15 sehr groß gewählt werden, ohne dass es zu einer unerwünschten mechanischen Dauerbelastung der brückenseitigen Lötstelle oder mehrerer dort befindlicher Lötstellen kommt. Andererseits bewirkt diese höhere Vorspannung der Feder 15 ein sehr schnelles öffnen und damit Abtrennen des Ableitelements im Belastungsfall. Durch die Anordnung des Lotstifts oder Lotbolzens 30 unmittelbar an oder in der Trennwand 7 und damit in unmittelbarer Nähe des Ableitelements wird die in diesem Element im Belastungsfall entstehende Wärme direkt zum Lotstift oder Lotbolzen 30 geführt, so dass für ein sicheres Ansprechverhalten des Lotmaterials im Sinne der gewünschten thermischen Auslösung gesorgt ist.

[058] Das Brückenbetätigungsteil 23 kann zur Aufnahme der Feder 15 eine Zunge 33 aufweisen, die gleichzeitig der Führung des Brückenbetätigungsteils 23 mittels beabstandeter Führungselemente 34 dient.

[059] Zur Erleichterung der Montage insbesondere des unter Vorspannung der Feder 15 stehenden Brückenbetätigungsteils 23 besitzt dieses an Fortsätzen vorhandene Bohrungen 35. Wenn in die Bohrungen 35 ein U-förmiger Bügel eingesteckt wird, ist unabhängig von der Montage weiterer Teile, insbesondere des Sperrelements 17, das Ausführen des Verlötens der Brücke 22 in besonders leichter Weise möglich. In diesem Falle nämlich blockiert der in den Figuren nicht dargestellte Bügel durch sein Inanschlagkommen mit der Außenkante der Trennwand 7 die Bewegung des Brückenbetätigungsteils 23. In die Bohrungen 35 kann auch ein Lötstift oder Lötbolzen 30 integriert werden, um die Funktion des Sperrens zu realisieren.

[060] Bezugszeichenliste

[061] 1 Basisteil

[062] 2 Mittel zur Hutschienenbefestigung

[063] 3 überspannungsabieiter

[064] 4 Steckkontakt

[065] 5 Kontaktausnehmung

[066] 6 Kodierung

[067] 7 Trennwand

[068] 8 erster Anschluss

[069] 9 Leiterteil

[070] 10 zweiter Anschluss

[071] 11 Lötstelle

[072] 12 beweglicher Leiterabschnitt

[073] 13 Abtrennbock

[074] 14;31 optische Defektanzeigen

[075] 15;32 Federn

[076] 16 Stößel

[077] 17 thermisch auslösbares Sperrelement

[078] 18 Gehäuse

[079] 19 Fenster

[080] 20 Sperrelement in der Ausführungsform nach Fig. 2 (Lotformteil)

[081] 21 zweiter Anschluss gemäß drittem Ausführungsbeispiel

[082] 22 Brücke

[083] 23 Brückenbetätigungsteil

[084] 24 Sperrschieber

[085] 25 Nase

[086] 26 Ausnehmung

[087] 27 Anschlag

[088] 28 Hebelarm

[089] 29 Hebelarmende

[090] 30 Lotstift oder Lotbolzen

[091] 33 Zunge

[092] 34 Führungselemente

[093] 35 Bohrung