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Die
Erfindung betrifft eine Überspannungsableiteranordnung
mit einem ein Varistorelement aufweisenden Spannstapel, welcher
endseitig von einem ersten und einem zweiten Armaturkörper begrenzt
und mittels zumindest eines Verspannelementes gehalten ist, wobei
das Verspannelement in zumindest einem Armaturkörper mittels
eines aufgekeilten Klemmsitzes festgelegt ist.
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Eine
derartige Überspannungsableiteranordnung ist beispielsweise
aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 003 576 A1 bekannt. Die bekannte Überspannungsableiteranordnung
weist ein Varistorelement auf, welches zwischen endseitigen Armaturkörpern
eingespannt ist. Zur Erzeugung von Anpresskräften sind
mehrere am Umfang des Varistorelementes angeordnete Verspannelemente
vorgesehen, welche in den Armaturkörpern jeweils mittels
eines aufgekeilten Klemmsitzes verspannt sind.
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Bei
einem Herstellen des Klemmsitzes werden die Enden der bekannten
Verspannelemente quer zur Verspannrichtung des Spannstapels ausgelenkt.
Die vorzugsweise in Verspannrichtung einzubringenden Spannkräfte
werden bei einem Verformen der Verspannelemente von Querkräften überlagert.
Je nach Eindringtiefe eines Keiles und Stärke des Verspannens
in Ausnehmungen der Armaturkörper, tritt eine mehr oder
weniger starke Querkomponente zu der vorzugsweise in Verspannrichtung
zu erzeugenden Spannkraft auf. Aufgrund dieser Querkomponente werden
in die Gesamtanordnung Kräfte eingetragen, die ein Ausbiegen
der Anordnung hervorrufen.
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Ein
derartiges Ausbiegen ist nachteilig, da das Varistorelement geschädigt
werden kann. Es kann beispielsweise zu einem Splittern oder Brechen des
Varistorelementes infolge punktueller Überlastung kommen.
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Daher
ist es Aufgabe der Erfindung, eine Überspannungsableiteranordnung,
welche ein Aufkeilen eines Verspannelementes in zumindest einem Armaturkörper
vorsieht, derart auszubilden, dass bei einer mechanisch stabilen
Ausbildung eines Spannstapels einer Schädigung des Varistorelementes
vorgebeugt wird.
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Erfindungsgemäß wird
dies bei einer Überspannungsableiteranordnung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass der Spannstapel eine quer
zur Verspannrichtung umlaufende Biegenut aufweist.
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Die
Armaturkörper begrenzen den Spannstapel endseitig. Neben
einem mechanischen Abschließen des Spannstapels haben die
Armaturkörper die Aufgabe, eine elektrische Kontaktierung
der Überspannungsableiteranordnung zu ermöglichen. So
sind die Armaturkörper beispielsweise metallische Gusskörper,
die elektrisch leitend sind. Zwischen den Armaturkörpern
ist vorteilhafterweise ein Varistorelement angeordnet. Das Varistorelement selbst
kann aus einer Vielzahl von aneinanderliegenden Unterelementen zusammengesetzt
sein. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Unterelemente
als zylindrische Körper ausgeführt sind, wobei
vorteilhafterweise eine kreisrunde oder kreisringförmige
Ausgestaltung von Stirnflächen vorgesehen ist. Die Unterelemente
liegen mit ihren Stirnflächen aneinander, wobei entgegengesetzt
ausgerichtete Stirnflächen von endseitigen Unterelementen des
Varistorelementes elektrisch leitend mit den Armaturkörpern
verbunden sind. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Unterelemente
selbst miteinander unmittelbar in Kontakt sind.
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Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, dass durch Zwischenstücke
aus elektrisch leitfähigem Material eine elektrische Kontaktierung über
Stirnflächen erfolgt. Ebenso kann auch vorgesehen sein, dass
endseitig an dem Varistorelement entsprechende Zwischenstücke
aus elektrisch leitfähigen Materialien angeordnet sind,
so dass über diese eine mittelbare elektrisch leitfähige
Verbindung der endseitig angeordneten Stirnflächen des
Varistorelementes mit den Armaturkörpern erfolgt. Die Zwischenstücke können
als Anpressplatten wirken, die beispielsweise Kräfte großflächig
auf das Varistorelement übertragen.
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Insbesondere
bei einer Ausgestaltung der Unterelemente und daraus folgend des
Varistorelementes mit einer kreisringförmigen Stirnfläche
kann vorgesehen sein, dass ein Verspannelement das Varistorelement
durchsetzt, so dass eine zentrische Verspannung des Spannstapels
möglich ist.
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Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mehrere Verspannelemente
beispielsweise am mantelseitigen Umfang des Varistorelementes verteilt
parallel zueinander ausgerichtet angeordnet sind.
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Zur
Ausgestaltung eines aufgekeilten Klemmsitzes kann vorgesehen sein,
dass ein Verspannelement in eine Ausnehmung hineinragt, wobei mittels
eines Sicherungselementes ein Aufkeilen des Verspannelementes innerhalb
der Ausnehmung erfolgt. Durch das Aufkeilen des Verspannelementes (bei
einer stabförmigen Ausgestaltung, vorzugsweise an einer
oder an beiden Endseiten) erfolgt eine Verformung der Enden und
ein Verklemmen bzw. Verkeilen des Verspannelementes in einem Armaturkörper. Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass die beiden Armaturkörper gleichartig
ausgeformt sind und in beiden Arma turkörpern eine gleichartige
Ausbildung eines Klemmsitzes erfolgt.
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Es
kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Verspannelement ein
glasfaserverstärkter Kunststoffstab ist, der beispielsweise
durch eintreiben eines Sicherungselementes in eine Ausnehmung einer
Oberflächenverformung unterzogen wird, so dass ein Verklemmen
des Sicherungselementes in der Ausnehmung des Armaturkörpers
gegeben ist. Als Sicherungselement kann ein Keil dienen, welcher Zweige
des Sicherungselementes spreizt. Die Zweige können an das
Sicherungselement angeformt sein, es kann jedoch auch vorgesehen
sein, dass die Zweige durch ein Einkeilen des Sicherungselementes
abgespalten werden. Es kann auch vorgesehen sein, ein Verspannelement
mit mehreren Strängen auszugestalten, wobei die Stränge
gegeneinander verkeilt werden.
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Das
Varistorelement bzw. die Unterelemente, welche Teil des Varistorelementes
sind, weisen über ihre Länge, d. h. in Verspannrichtung,
vorzugsweise einen gleichbleibenden Querschnitt auf. Dadurch ist
ein Varistorelement mit einer zylindrischen Außenkontur
gegeben.
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Das
Varistorelement sowie die Armaturkörper sind Teil eines
Spannstapels, der einen winkelstarren Verbund der einzelnen Elemente
darstellt. Ist nunmehr vorgesehen, dass eine umlaufende Biegenut
in dem Spannstapel angeordnet ist, die quer zur Verspannrichtung
zwischen den Armaturkörpern verläuft, ist eine
Möglichkeit gegeben, ein punktuelles Überlasten
des Varistorelementes, insbesondere in Randbereichen zu vermeiden.
Damit können die Randbereiche des Varistorelementes respektive
der Unterelemente von Kräften entlastet werden. Treten nunmehr
bei einem Aufkeilen des Verspannelementes Querkräfte in
dem Spannstapel auf, können diese durch Verformung der
Biegenut aus dem Varistorelement ausgekoppelt werden. In den Randzonen
der Kontaktflächen ist eine Überlastung vermieden,
so dass eine Beschädigung derselben verhindert ist.
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Die
Biegenut sollte dabei in der Außenkontur münden,
welche durch die Querschnittsfläche des Varistorelementes
definiert ist. D. h., die Nut mündet zumindest teilweise
in einer Mantelfläche des Varistorelementes. Die Biegenut
sollte vorzugsweise in sich geschlossen umlaufen.
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Dadurch
werden die Randbereiche, in welchen Kontaktflächen des
Varistorelementes respektive seiner Unterelemente in Mantelflächen übergehen,
von Kräften entlastet. Einem Absplittern oder Ausbrechen
dieser Kanten ist somit vorgebeugt.
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Typischerweise
sind Varistorelemente, die im Hochspannungsbereich an Elektroenergieübertragungseinrichtungen
eingesetzt sind, als gesinterte Keramikelemente ausgestaltet. Mantelflächen
derartiger Varistorelemente, welche nicht einer elektrischen Kontaktierung
dienen, sind vorzugsweise mit einer Glasur überzogen. Derartige
Varistorelemente widerstehen vergleichsweise großer Druckbeanspruchung.
Diese Druckbeanspruchung sollte jedoch möglichst flächig übertragen
werden. Ein Verkanten oder Verkippen und damit auftretendes punktuelles mechanisches Überlasten
des Varistorelementes hingegen führt häufig zu
einem Brechen oder Bersten des Varistorelementes.
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Eine Überspannungsableiteranordnung
wird in Elektroenergieübertragungsnetzen als Sicherungselement
eingesetzt. So kann beispielsweise vorgesehen sein, einen Erdstrompfad
zwischen einem spannungsführenden Phasenleiter des Elektroenergieübertragungsnetzes
und Erdpotential auszubilden, wobei in diesen Erdstrompfad eine Überspannungsableiteranordnung
eingeschleift ist. Die Überspannungsableiteranordnung übernimmt die
Funktion eines Schaltgerätes, wobei bei einem Überschreiten
einer Schwellspannung an dem Phasenleiter eine deutliche Reduzierung
der Impedanz des Varistorelementes erfolgt und getrieben von der
Spannung auf dem Phasenleiter ein signifikanter Strom zum Erdpotential
fließt. Typischerweise ist die Ansprechspannung derart
dimensioniert, dass bei einem Auftreten von Überspannungen
auf dem Phasenleiter, beispielsweise initiiert durch Schalthandlungen,
Blitzeinschläge, Netzvorgänge o. ä.,
eine Zerstörung des Phasenleiters bzw. dessen Isolation
vermieden ist. Nach einem Abbau der Überspannung auf dem
Phasenleiter und damit einem Unterschreiten der Schwellspannung
des Varistorelementes der Überspannungsableiteranordnung,
kommt es zu einer Erhöhung der Impedanz des Varistorelementes
gegen unendlich, so dass eine Unterbrechung des signifikanten Erdstromes
erfolgt. Über die nach wie vor bestehende Erdstrombahn
zwischen Phasenleiter und Erdpotential kann lediglich ein zu vernachlässigender Leckstrom
fließen, welcher im Wesentlichen durch die hohe Impedanz
des Varistorelementes begrenzt ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung kann weiter vorsehen, dass die Biegenut
zumindest teilweise von einem Armaturkörper begrenzt ist.
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Die
Armaturkörper sind vorzugsweise jeweils mit einer Kontaktfläche
für das Varistorelement ausgestattet. Eine Kontaktfläche
ist dabei für einen unmittelbaren oder mittelbaren elektrisch
leitenden Kontakt mit einer Kontaktfläche des Varistorelementes
ausgelegt und einer Stirnfläche des Varistorelementes zugewandt.
Die Kontaktfläche weist üblicherweise eine größere
Fläche auf als eine zur Anlage vorgesehene Kontaktfläche
des Varistorelementes. Nutzt man nunmehr beispielsweise die Kontaktfläche eines
Armaturkörpers zur Begrenzung der Biegenut, so kann man
die Biegenut in unmittel barer Nähe zu dem Armaturkörper
ausgestalten. Eine Flanke der Biegenut wird von einer Kontaktfläche
des Armaturkörpers begrenzt. Da eine unmittelbare Nähe
zu einem Armaturkörper gegeben ist, können die
dort bei einem Verkeilen des Klemmsitzes entstehenden Querkräfte
in besonders einfacher Weise beherrscht werden. So kann ein Armaturkörper
relativ zu dem Varistorelement über die Biegenut verkippt
werden, ohne den Randbereich des Varistorelementes selbst übermäßig
zu belasten. Dadurch ist eine gelenkige Kuppelstelle zwischen dem
Armaturkörper und dem Varistorelement gegeben.
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Vorteilhafterweise
kann weiter vorgesehen sein, dass die Biegenut zumindest teilweise
von einem ersten kegelstumpfförmigen Körper begrenzt
ist.
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Ein
kegelstumpfförmiger Körper weist eine Mantelfläche
auf, die beispielsweise konisch zulaufend ausgebildet ist. Durch
einen mantelseitigen Zulauf ist eine Querschnittsänderung
zwischen den stirnseitigen Deckflächen des kegelstumpfförmigen Körpers
gegeben. Somit kann unter Beachtung eines Kegelwinkels eine Reduzierung
des Querschnittes im Verlauf des Spannstapels hervorgerufen werden. Dabei
kann der kegelstumpfförmige Körper beispielsweise
in Form eines Unterelementes des Varistorelementes ausgebildet sein.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der kegelstumpfförmige
Körper aus elektrisch leitfähigem Material als
Zwischenstück ausgebildet ist und dieser Kontaktflächen
zur Anlage an dem Varistorelement respektive Unterelementen des
Varistorelementes bzw. an einem Armaturkörper aufweist.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Biegenut von einem ersten
und einem zweiten kegelstumpfförmigen Körper begrenzt
ist, deren Kegelwinkel entgegengesetzt zueinander gerichtet sind.
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Eine
entgegengesetzte Ausrichtung der Kegelwinkel der beiden kegelstumpfförmigen
Körper ermöglicht, beispielsweise eine umlaufende
Biegenut mit v-förmigem Querschnitt auszugestalten, wobei die
v-Form vorteilhaft symmetrisch ausgestaltet ist. Dadurch wird die
Möglichkeit eines Auslenkens bzw. Verkippens des Spannstapels
auch in größerem Maße ermöglicht.
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Wiederum
können die kegelstumpfförmigen Körper
als Unterelemente des Varistorelementes ausgeformt sein. Es kann
jedoch auch vorgesehen sein, dass die kegelstumpfförmigen
Körper jeweils aus elektrisch leitfähigem Material,
beispielsweise Aluminium, Kupfer o. ä., als Zwischenstücke
ausgeformt sind.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Biegenut
eine längenveränderliche Spanneinrichtung des
Spannstapels umläuft.
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Nach
einem Verkeilen des Klemmsitzes des Verspannelementes kann es notwendig
sein, die Spannung des Verspannelementes zu erhöhen bzw. die
Verkeilung des Verspannelementes in der Ausnehmung zu sichern. Dazu
kann vorgesehen sein, dass eine längenveränderliche
Spanneinrichtung die zwischen den Armaturkörpern befindlichen
Abschnitte des Spannstapels verlängert, so dass die Armaturkörper
in Verspannrichtung auseinandergedrückt werden und das
Verspannelement zusätzlich gespannt wird. Eine derartige
Spanneinrichtung kann dabei Kräfte möglichst zentrisch
in die Anordnung einleiten. Bei zentrischer Anordnung kann eine
derartige Spanneinrichtung einen geringeren Querschnitt aufweisen,
als das Varistorelement. Damit ist es möglich, im Verhältnis
zur Breite der Biegenut eine besonders tiefe Biegenut an der Überspannungsableiteranordnung
auszubilden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann dazu vorsehen, dass die
Spanneinrichtung eine Spannschraube ist.
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Das
Vorsehen einer Spannschraube ist eine einfache Möglichkeit,
ein Verspannelement zu spannen. So kann beispielsweise vorgesehen
sein, dass die Verspannschraube in einer Gewindebohrung eines Armaturkörpers
gelagert ist, wobei zumindest eine Komponente der Gewindebohrung
in Verspannrichtung der Verspannelemente ausgerichtet ist. Durch
eine Rotation der Verspannschraube in der Gewindebohrung ist es
möglich, den Abstand zwischen den miteinander zu verspannenden
Armaturkörpern zu variieren und damit die Verspannelemente
zu spannen. Vorzugsweise sollte die Verspannschraube dazu zentrisch
in einem im Wesentlichen rotationssymmetrischen Armaturkörper
angeordnet sein.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass im Verlauf
des Spannstapels mehrere Biegenuten angeordnet sind.
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Der
Einsatz mehrerer Biegenuten im Verlauf des Spannstapels ermöglicht,
Verformungen der Gesamtanordnung in mehreren Biegenuten zu entspannen.
Die Biegenuten können axial babstandet voneinander angeordnet
sein. Insbesondere Überspannungsableiteranordnungen größerer
Länge, die während ihres Betriebes auch entsprechenden
Biegebeanspruchungen unterworfen sind, ist so zum einen eine winkelstarre
Bauform verleihbar, die in begrenztem Maße mit elastischen
Eigenschaften ausgestattet ist. Trotz der Elastizität wird
das Varistorelement vor einer punktuellen Überlastung geschützt.
Weiter ist trotz einer Auslenkbarkeit des Spannstapels quer zur
Verspannrichtung der Verspannelemente eine ausreichende Verbindung
zwischen den Armaturkörpern und dem Varistorelement respektive
der Unterelemente des Varistorelementes gegeben, die eine dauerhafte elektrische
Kontaktierung und dauerhafte Ausbildung eines Strompfades zwischen
den Armaturkörpern ermöglicht.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
in Figuren gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
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Dabei
zeigt die
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1 eine Überspannungsableiteranordnung
mit teilweiser Freischneidung und die
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2, 3, 4, 5, 6 und 7 Schnitte durch Spannstapel in verschiedenen
Ausgestaltungsformen im Ausschnitt.
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Die 1 zeigt
eine Überspannungsleiteranordnung, die teilweise freigeschnitten
ist. Anhand der 1 soll zunächst der
prinzipielle Aufbau einer Überspannungsableiteranordnung
erläutert werden.
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Eine Überspannungsableiteranordnung weist
einen ersten Armaturkörper 1 sowie einen zweiten
Armaturkörper 2 auf. Die beiden Armaturkörper 1, 2 begrenzen
einen Spannstapel endseitig. Der Spannstapel weist ein Varistorelement 3 auf.
Das Varistorelement 3 kann eine Vielzahl von stirnseitig
aneinanderliegend verpressten Unterelementen aufweisen. Die Unterelemente
weisen dabei vorzugsweise eine zylindrische Gestalt auf, die vorzugsweise mit
kreisförmigen oder kreisringförmigen Stirnflächen versehen
sind. Die Unterelemente weisen dabei jeweils gleichartige Querschnitte
auf, so dass bei einem Übereinanderlegen der Stirnflächen
ein zylindrisches Varistorelement 3 gebildet ist.
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Um
ein Lösen der Armaturkörper 1, 2 von dem
Varistorelement 3 zu vermeiden, sind Verspannelemente 4 vorgesehen.
Die Verspannelemente 4 verspannen die beiden Armaturkörper 1, 2 unter
Zwischenlage des Varistorelementes 3 gegeneinander. Dadurch
ist ein winkelsteifer Spannstapel gebildet. Vorteilhafterweise sind
die beiden Armaturkörper 1, 2 gleichartig
ausgebildet und bezüglich des Varistorelementes 3 entgegengesetzt
zueinander ausgerichtet, so dass an den Armaturkörpern 1, 2 vorgesehene Kontaktflächen
dem Varistorelement 3 zugewandt sind. Die Armaturkörper 1, 2 sollten
ebenso wie das Varistorelement 3 eine rotationssymmetrische
Struktur aufweisen, wobei Rotationsachsen der Armaturkörper 1, 2 sowie
des Varistorelementes 3 koaxial zueinander ausgerichtet
sind. Dadurch ist an der Überspannungsableiteranordnung
eine Längsachse 5 gebildet, welche mit den Rotationsachsen
der Armaturkörper 1, 2 sowie des Varistorelementes 3 zusammenfällt.
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In
den Armaturkörpern 1, 2 sind jeweils
Ausnehmungen 6 vorgesehen. In die Ausnehmungen 6 ragen
jeweils Endseiten der Verspannelemente 4 hinein. Die Ausnehmungen 6 durchsetzen
die Armaturkörper 1, 2 in Richtung der
Längsachse 5. Dabei sind die Ausnehmungen 6 derart
ausgerichtet, dass sich die Verspannelemente mantelseitig um das
Varistorelement 3 herum verteilen.
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Insbesondere
bei einer Ausgestaltung der Unterelemente des Varistorelementes 3 mit
einer kreisringförmigen Stirnfläche kann vorgesehen
sein, dass das Varistorelement 3 von zumindest einem Verspannelement 4 durchsetzt
ist. Die Armaturkörper 1, 2 sind vorteilhafterweise
aus einem metallischen Material gebildet, wobei sich Gusskörper
zur Ausgestaltung der Armaturkörper 1, 2 als
geeignet erwiesen haben. Dabei sind insbesondere Armaturkörper 1, 2 aus
Aluminium, Kupfer, Stahl o. ä. geeignet.
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Zum
Abdecken von Mündungsöffnungen der Ausnehmungen 6,
welche in voneinander abgewandten Flächen der Armaturkörper 1, 2 münden,
sind Abdeckkappen 7 vorgesehen. Die Abdeckkappen 7 sind als
Ringscheiben ausgestaltet, wobei die Ringöffnung der Ringscheiben
jeweils von einem Anschlussbolzen 8 durchsetzt sind. Über
den Anschlussbolzen 8 ist eine elektrische Kontaktierung
der Armaturkörper 1, 2 vorsehbar, so
dass die Überspannungsableiteranordnung in einen Strompfad
einschleifbar ist. Über die Anschlussbolzen 8 sind
die Armaturkörper 1, 2 mit einem elektrischen
Potential beaufschlagbar. Das Varistorelement 3 ist mit
seinen Endseiten jeweils mit einem der Armaturkörper 1, 2 elektrisch
leitend kontaktiert. Ebenso sind die das Varistorelement 3 bildenden
Unterelemente untereinander stirnseitig elektrisch leitend kontaktiert.
Dadurch ist zwischen den Armaturkörpern 1, 2 ein
Strompfad geschaffen, welcher aufgrund der variablen Impedanz des
Varistorelementes unterschiedliche Impedanzen in Abhängigkeit
der zwischen den Armaturkörpern 1, 2 anliegenden
elektrischen Spannung aufweisen kann.
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Um
einen Schutz der Anordnung vor Umwelteinflüssen zu gewähren,
ist der Spannstapel mantelseitig von einer Isolierumhüllung 9 umgeben. Die
Isolierumhüllung 9 liegt dichtend an den Armaturkörpern 1, 2 an.
Weiterhin ist die Isolierumhüllung 9 außenmantelseitig
mit beabstandet zueinander angeordneten umlaufenden Rippen versehen,
um auf der Oberfläche der Isolierumhüllung 8 eine
Wegstrecke zwischen den Armaturkörpern 1, 2 zu
verlängern. Die Isolierumhüllung 9 kann
aus unterschiedlichen Komponenten bestehen. So kann beispielsweise
vorgesehen sein, dass die Isolierumhüllung 9 in
Form eines keramischen Gehäuses ausgebildet ist. Es kann jedoch
auch vorgesehen sein, dass die Isolierumhüllung 9 in
Form einer Kunststoffummantelung ausgestaltet ist, wobei die Kunststoffummantelung beispielsweise
mittels eines Spritzgussverfahrens um den Spannstapel herum aufgespritzt
werden kann.
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Je
nach Einsatzbereich der Überspannungsableiteranordnung
kann die Länge der Überspannungsableiteranordnung
in Längsrichtung 5 variieren. Eine Spannkraft
des Spannstapels wird in Richtung der Längsachse 5 durch
die Verspannelemente 4 erzeugt. Dadurch ist eine möglichst
lotrechte Einleitung von Spannkräften in die Stirnflächen
des Varistorelementes 3 bzw. dessen Unterelemente gegeben.
Ein Verkanten oder schräges Einbringen von Spannkräften
führt zu punktuellen Überlastungen an dem Varistorelement 3.
Neben einer Überlastung des Varistorelementes 3 kann
eine mechanische Schädigung des Varistorelementes 3 erfolgen,
so dass die elektrische Funktionsfähigkeit der Überspannungsableiteranordnung
gefährdet ist. Derartige mechanische Schädigungen
können beispielsweise zu einem Ausbrechen oder Splittern
des Varistorelementes 3 insbesondere in Übergangsbereichen
von Stirnflächen in Mantelflächen führen.
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In
den 2, 3, 4 und 5 sind Schnitte
durch verschiedene Ausgestaltungsformen von Spannstapeln dargestellt.
Dabei wird der jeweilige Spannstapel ausschnittsweise gezeigt. Weiterhin ist
in den Figuren ein verkeilter Klemmsitz zur Festlegung der Verspannelemente 4 in
den Ausnehmungen 6 dargestellt.
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Die 2 zeigt
einen Ausschnitt eines Spannstapels in einer ersten Ausgstaltungsform.
Der erste Armaturkörper 1 ist mit Ausnehmungen 6 versehen.
Die Ausnehmungen 6 sind symmetrisch um die Längsachse 5 herum
verteilt angeordnet. Die Ausnehmungen verlaufen parallel zur Längsachse 5 und
durchsetzen diese vollständig. Die Verspannelemente 4 sind
stabförmig ausgeführt und endseitig jeweils in
eine Ausnehmung 6 des ersten Armaturkörpers 1 eingeführt.
Die Verspannelemente 4 sind im vorliegenden Beispiel als
elektrisch isolierende Verspannelemente 4 ausgebildet,
die beispielsweise als glasfaserverstärkte Kunststoffelemente
ausgeführt sind. Die Unterelemente des Varistorelementes 3 sind
jeweils stirnseitig aneinanderliegend ausgeführt. In der 2 ist
ein erstes Unterelement 3a, ein zweites Unterelement 3b,
ein drittes Unterelement 3c sowie ein viertes Unterelement 3d dargestellt.
Die Unterelemente 3a, 3b, 3c, 3d sind
als zylinderförmige Blöcke mit kreisförmigen
Stirnflächen ausgestaltet. Das zweite und dritte Unterelement 3b, 3c stoßen
mit Stirnflächen aneinander. In den Kontaktierungsbereichen
zwischen erstem Unterelement 3a und zweitem Unterelement 3b sowie
drittem Unterelement 3c und viertem Unterelement 3d sind
jeweils metallische Zwischenelemente 10a, 10b eingefügt.
Die Zwischenelemente 10a, 10b sind beispielsweise
Aluminium-, Stahl- oder Kupferscheiben, die eine entsprechende Druckfestigkeit
aufweisen. Vorliegend sind die metallischen Zwischenelemente 10a, 10b jeweils gleichartig
ausgeführt, wobei die einander kontaktierenden Zwischenelemente 10a, 10b mit
entgegengesetztem Richtungssinn zueinander ausgerichtet sind. Die
Zwischenelemente 10a, 10b sind jeweils gleichartig
ausgeformt und weisen die Form eines kegelstumpfförmigen
Körpers auf. Dabei sind die Grundflächen der kegelstumpfförmigen
Körper mit demselben Querschnitt versehen wie die Stirnflächen
der Unterelemente 3a, 3b, 3c, 3d des
Varistorelementes 3. Die Deckflächen der kegelstumpfförmigen
Zwischenelemente 10a, 10b weisen eine demgegenüber
reduzierte Fläche auf. Entsprechend weist die Mantelfläche
eine kegelstumpfförmige Gestalt auf. Aufgrund der entgegengesetzt
zueinander ausgerichteten Lage der einander unmittelbar kontaktierenden
Zwischenelemente 10a, 10b ist jeweils eine Biegenut 11a, 11b gebildet.
Die Biegenuten 11a, 11b weisen jeweils einen v-förmigen
Querschnitt auf, welcher symmetrisch ausgestaltet ist. Die Biegenuten 11a, 11b münden
in der Außenkontur des Varistorelementes 3. Die
Biege nuten 11a, 11b sind bezüglich der Längsachse 5 axial
zueinander beabstandet und laufen in sich geschlossen um die Längsachse 5 um.
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Bei
einem Verkeilen und einem dabei beispielsweise erfolgenden Verspannen
des Spannstapels werden in Stirnseiten der Verspannelemente 4 Keile 12 eingetrieben.
Mittels der Keile 12 erfolgt eine Aufspaltung der Verspannelemente 4 an
ihren Stirnseiten. Durch die Spaltung mittels der Keile 12 werden
Zweige der Verspannelemente 4 quer zur Verspannrichtung,
welche parallel zur Längsachse 5 verläuft,
ausgebogen und Querkräfte erzeugt. Diese Querkräfte
sind notwendig, um einen winkelsteifen Übergang zwischen
den Verspannelementen 4 und dem ersten Armaturkörper 1 zu
erzeugen. Die dabei hervorgerufenen Querkomponenten können
zu einem Auslenken und Ausbiegen des Spannstapels aus der Längsachse 5 führen.
Durch die umlaufenden Biegenuten 11a, 11b sind
Kompensationsbereiche geschaffen, welche Kräfte von den
Kantenbereichen der Unterelemente des Varistorelementes 3 fernhalten.
Damit ist ein Ausplatzen von Kanten des Varistorelementes 3 verhindert.
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Neben
einem ungleichmäßigen Verspannen der Verspannelemente 4 und
dabei auftretenden punktuellen Überlastungen in Verlauf
des Spannstapels können zusätzlich auch Biegekräfte
an der Überspannungsableiteranordnung aufgrund von äußeren Einwirkungen
entstehen. Auch diese Kräfte können durch die
Nutzung von Biegenuten 11a, 11b von dem Varistorelement 3 ferngehalten
werden.
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In
den 3, 4, 5 und 6 sind jeweils
alternative Ausgestaltungsformen von Biegenuten dargestellt.
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Da
sich die Darstellungen im Wesentlichen nur durch die Ausgestaltung
der Biegenuten unterscheiden, sind die gleichwir kenden Baugruppen
mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Folgenden wird lediglich
auf die jeweilige Ausgestaltungen und Ausführungen der
Biegenuten abgestellt. Sinngemäß gelten die Ausführungen
bezüglich der 1 und 2 auch für
die Darstellungen der 3, 4, 5 und 6.
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Gemäß 3 ist
vorgesehen, dass eine Biegenut 11c unmittelbar benachbart
zu dem ersten Armaturkörper 1 angeordnet ist.
Dazu liegt ein endseitig angeordnetes Unterelement 3a des
Varistorelementes 3 an einer Anpressplatte 13 an,
welche aus einem elektrisch leitenden Metall gefertigt wurde und
in Form eines Kreiszylinders mit dem gleichen stirnseitigen Querschnitt
wie das anliegende Unterelement 3a des Varistorelementes 3 ausgestaltet
ist. Über die Anpressplatte 13 ist eine elektrische
Kontaktierung mit dem ersten Armaturkörper 1 ermöglicht.
Zur Ausbildung der Biegenut 11c ist eine querschnittsreduzierte
Anpressplatte 14 vorgesehen, die ebenfalls eine kreiszylindrische
Struktur aufweist, deren Stirnflächen jedoch gegenüber
den Stirnflächen der Anpressplatte 13 und dem
Unterelement 3a des Varistorelementes 3 reduziert
ist. Durch die koaxiale Ausrichtung der Rotationsachsen von Anpressplatte 13, querschnittsreduzierter
Anpressplatte 14 und dem Unterelement 3a des Varistors 3,
ist eine umlaufende Biegenut 11c gebildet, deren eine Flanke
von einer Stirnfläche der Anpressplatte 13 und
deren andere Flanke von einer Kontaktfläche des ersten
Armaturkörpers 1 gebildet ist. Die querschnittsreduzierte
Anpressplatte 14 ist zur Lagefixierung in eine Ausnehmung
des ersten Armaturkörpers 1 eingelegt.
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In
der 4 ist eine alternative Ausgestaltung einer Anpressplatte 13a gezeigt.
Die Anpressplatte 13a bildet einen Übergang zwischen
einer Kontaktfläche des ersten Armaturkörpers 1 und
einer Stirnfläche eines Unterelementes 3a eines
Varistorelementes 3. Die Anpressplatte 13a ist
rotationssym metrisch ausgebildet und weist eine dem Unterelement 3a des
Varistorelementes 3 zugewandte Fläche auf. Diese
Fläche weist denselben Querschnitt auf, wie das Unterelement 3a des
Varistorelementes 3. Die der Kontaktfläche des
ersten Armaturkörpers 1 zugewandte Fläche
ist demgegenüber querschnittsreduziert. Die Stirnflächen
des Anpresselementes 13a weisen jeweils einen kreisförmigen
Querschnitt auf. Ein Übergang zwischen den kreisförmigen
Stirnflächen ist über eine konisch zulaufende
Mantelfläche gebildet. Dadurch ist eine umlaufende Biegenut 11d gebildet,
welche um die Längsachse 5 herum umläuft
und einen v-förmigen Querschnitt aufweist. Dabei ist der
v-förmige Querschnitt asymmetrisch gestaltet. Eine Flanke
der Biegenut 11d ist von einer Kontaktfläche des
ersten Armaturkörpers 1 begrenzt. Die andere Flanke
der Biegenut 11d ist von der konisch bzw. kegelstumpfförmig
zulaufenden Mantelfläche des Anpresselementes 13a begrenzt.
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In
den 5 und 6 sind jeweils Ausgestaltungsformen
dargestellt, die mit einer längenveränderlichen
Spanneinrichtung ausgestattet sind. Die längenveränderlichen
Spanneinrichtungen werden genutzt, um die den Spannstapel endseitig
begrenzenden Armaturkörper voneinander zu entfernen und so
eine Spannkraft über die Verspannelemente 4 einzustellen.
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Gemäß 5 ist
vorgesehen, dass ein erster Armaturkörper 1a mit
einer zentralen Gewindebohrung 15 ausgestattet ist, in
welche ein Gewindebolzen 16 eingeschraubt ist. Der Gewindebolzen 16 ist
durch Rotation in der Gewindebohrung 15 längs der
Längsachse 5 verschiebbar. Aufgrund der Lage seines
Gewindeganges ist der Gewindebolzen 16 in der Gewindebohrung 15 selbssichernd
gehalten.
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Der
in der 5 im Ausschnitt gezeigte Spannstapel weist ein
Unterelement 3a eines Varistorelementes 3 auf.
Das Va ristorelement 3a ist mit seiner Stirnfläche,
die in Richtung des ersten Armaturkörpers 1 zeigt,
mit einer Anpressplatte 13 versehen. Die Anpressplatte 13 ist
kreiszylinderförmig ausgestaltet und weist kreisrunde Stirnflächen
auf, welche dem kreisrunden Querschnitt des Unterelementes 3a des
Varistorelementes 3 entsprechen. Gegen die Stirnfläche
des Anpresselementes 13, welche von dem Unterelement 3a des
Varistorelementes 3 abgewandt ist, stößt
eine Stirnseite des Gewindebolzens 16. Über den
Gewindebolzen 16 und die Anpressplatte 13 ist
auch eine elektrische Kontaktierung des Varistorelementes 3 mit
dem ersten Armaturkörper 1a gegeben. Ausgehend
von der geringen Querschnittsfläche des Gewindebolzens 16 wird über
die Anpressplatte 13 eine Kraft auf eine größere Fläche
verteilt und in das Unterelement 3a des Varistorelementes 3 eingeleitet.
Zwischen der Anpressplatte 13 und der Kontaktfläche
des ersten Armaturkörpers 1 ist eine Biegenut 11e ausgebildet.
Die Biegenut 11e erstreckt sich um den Gewindebolzen 16 herum
und zeichnet sich durch eine im Vergleich zur Breite der Biegenut 11e größere
Tiefe aus. Die Biegenut 11e ist dabei in ihren Flanken
von einer Kontaktfläche des ersten Armaturkörpers 1 sowie
von einer stirnseitigen Fläche der Anpressplatte 13 begrenzt. Aufgrund
der Bewegbarkeit des Gewindebolzens 16 in der Gewindebohrung 15 ist
die Nutbreite variierbar.
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Die 6 zeigt
eine Abwandlung der aus 5 bekannten Ausführungsform.
Es ist eine alternative Ausgestaltung des Gewindebolzens 16a vorgesehen.
Dieser weist an seinem dem Unterelement 3a des Varistorelementes 3 zugewandten
Ende einen durchmesservergrößerten Bolzenkopf 17 auf.
Zum einen wird über den Bolzenkopf 17 eine einzuleitende Kraft
auf einer vergrößerten Fläche der Anpressplatte 13 verteilt
eingeleitet. Zum anderen wird durch die mantelseitige Formgebung
des Bolzenkopfes 17 eine bestimmte Profilierung der Biegenut 11f hervorgerufen.
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Die
in den Figuren jeweils gezeigten Ausgestaltungsvarianten zur Ausbildung
einer Biegenut 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f sind
im Verlaufe eines Spannstapels einer Überspannungsableiteranordnung
auch untereinander kombinierbar, so dass im Rahmen der Erfindung
weitere Ausgestaltungsvarianten erzeugbar sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006003576
A1 [0002]