DE102018114564A1

DE102018114564A1 - Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter

Info

Publication number: DE102018114564A1
Application number: DE102018114564.0A
Authority: DE
Inventors: Edmund Zäuner
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2019-12-19
Anticipated expiration: 2038-06-19
Also published as: EP3673497B1; ES2887304T3; WO2019242959A1; JP2021527929A; US11476071B2; US20210125804A1; CN112514008A; CN112514008B; DE102018114564B4; EP3673497A1; PL3673497T3; SI3673497T1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter, welcher von einem Tragkörper aufgenommen ist und sich vom Tragkörper Steckkontakte erstrecken, welche mit mindestens einem Ableiterelement des Überspannungsableiters in Verbindung stehen. Die Erfindung umfasst weiterhin eine Schaltzunge, die an einem ersten Ende über eine thermische Trennstelle mit dem Ableiterelement und mit einem zweiten Ende mit einem der Steckkontakte verbunden ist. Weiterhin ist ein am Tragkörper schwenkbar gelagerter, unter Federvorspannung stehender, isolierender Abtrennbock vorgesehen, wobei die Federvorspannung über die Schaltzunge auf die thermische Trennstelle einwirkt. Erfindungsgemäß ist die Schaltzunge als geradflächiger, langgestreckter, metallischer, nachgiebig elastischer Abtrennstreifen mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter, welche von einem Tragkörper aufgenommen ist und sich vom Tragkörper Steckkontakte erstrecken, welche mit mindestens einem Ableiterelement des Überspannungsableiters in Verbindung stehen, weiterhin mit einer Schaltzunge, die an einem ersten Ende über eine thermische Trennstelle mit dem Ableiterelement und mit einem zweiten Ende mit einem der Steckkontakte verbunden ist, einen am Tragkörper schwenkbar gelagerten, unter Federvorspannung stehenden, isolierenden Abtrennbock, wobei die Federvorspannung über die Schaltzunge auf die thermische Trennstelle einwirkt gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der EP 2 011 128 B1 ist eine Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter vorbekannt. Bei dieser Abtrennvorrichtung wird die Schaltbewegung durch eine Schaltzunge vollzogen, die über eine permanent wirkende Federkraft in Gegenrichtung zu der über einen Schutzlot hergestellten Haltekraft ausgerichtet ist. Die auf die Schaltzunge oder deren Lötstelle zur Erzeugung einer Auslöt- bzw. Schaltkraft über einen Abtrennbock indirekt einwirkende permanente Vorspannkraft wird durch mindestens eine weitere, unabhängig davon wirkende Vorspannkraft sowie einer ergänzenden Schaltkraft mit gleicher Wirkrichtung unterstützt.
Die Kräfteverteilung stellt sich so ein, dass im Ruhezustand eine geringe resultierende Kraft auf die Lotstelle wirkt und eine möglichst große resultierende Kraft die Schaltbewegung während des Auslötvorganges vollzieht, indem die Vorspannkraft in der Auslötphase durch die Ausbildung der Schaltzunge aus einem Memory- oder Bimetallstreifen oder eine Schaltzunge aus einem Federmaterial, welches eine Ausprägung mit überbogenen Steg aufweist, bereitgestellt und die ergänzende Schaltkraft nach Beendigung des Auslötvorganges durch Verlagerung eines Kraftübertragungspunktes der auf die Schaltzunge hervorgerufenen Vorspannung resultierenden Hebelkraft gebildet ist.
Die Verlagerung des Kraftübertragungspunktes ist aus einer Drehbewegung abgeleitet und es weist insofern der Abtrennbock ein Drehlager auf.
Die Schaltbewegung der vorbekannten Schaltzunge resultiert aus einer Federspannung, die indirekt über den Abtrennbock eine Vorspannung auf die Schaltzunge und damit die Lotkontaktstelle ausübt. Durch die Drehbewegung des Abtrennbockes führt die abgetrennte Schaltzunge eine schnelle Schaltbewegung über einen großen Öffnungsweg aus und stellt damit eine sichere Trennung zwischen Ableiterelement und der durch die Schaltzunge gebildeten Leitungsführung her. Gleichzeitig wird die vom Abtrennbock ausgeführte Drehbewegung an ihrer Endstellung in einem Sichtfenster angezeigt, so dass nach außen hin die Schaltstellung des Abtrennbocks anhand einer Schaufläche als Auslösezustand erkennbar ist.
Die Lotstelle, die die Schaltzunge mit dem Ableiterelement verbindet, ist so ausgelegt und hergestellt, dass die Abtrennung sicher und zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem noch keine thermischen Schäden durch ein überhitztes Ableiterelement abzusehen sind. Dieser Punkt wird zunächst durch die Wahl des Lotes bestimmt, wobei auch die beschriebene mechanische Vorspannung einen wesentlichen Anteil dazu liefert.
Bei der Schaltzunge nach EP 2 011 128 B1 sind mehrere Biege- und damit Verformungsabschnitte vorgesehen, die zu einer unerwünschten Stromdichteerhöhung führen. Aus diesem Grund ist die bekannte Lösung nicht geeignet, hohe Stoßströme und hohe Kurzschlussströme sicher aufzunehmen bzw. zu führen.
Bei dem Überspannungsschutzelement nach DE 20 2014 103 262 U1 , welches für den Einsatz zwischen einem Neutralleiter und einem Potentialausgleich in der Stromversorgung eines Niederspannungsnetzes vorgesehen ist, weist selbiges ein Gehäuse und ein im Gehäuse angeordnetes Überspannungsbegrenzendes Bauelement mit zwei Anschlusskontakten zum elektrischen Anschluss eines zu schützenden Strompfads auf.
Weiterhin ist ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement sowie ein isolierendes Trennelement und mindestens ein Federelement vorhanden.
Als überspannungsbegrenzendes Bauelement ist ein gasgefüllter Überspannungsableiter eingesetzt, wobei das isolierende Trennelement verschiebbar am Gehäuse angeordnet ist und durch die Kraft des mindestens einen Federelementes aus einer ersten Position in eine zweite Position verbringbar ist.
Im Normalzustand des Überspannungsschutzelementes ist das zweite Ende eines elektrisch leitfähigen Verbindungselementes über eine thermisch auftrennende Verbindung mit der zweiten Elektrode des Überspannungsableiters elektrisch leitend verbunden und es ist das isolierende Trennelement in einer ersten Position fixiert.
Bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur des Überspannungsschutzelementes wird die thermische Verbindung zwischen dem zweiten Ende des elektrisch leitfähigen Verbindungselementes und der zweiten Elektrode des Überspannungsableiters aufgetrennt und das isolierende Trennelement durch die Kraft des Federelementes in seine zweite Position bewegt, in der ein Abschnitt des Trennelementes zwischen dem zweiten Ende des elektrisch leitfähigen Verbindungselementes und der zweiten Elektrode des Überspannungselementes befindlich ist.
Das elektrisch leitfähige Verbindungselement ist als abgewinkelter metallischer Streifen ausgebildet und weist damit vom Grundsatz her eine große Stromtragfähigkeit auf. Zum Zwecke der Kontaktierung des leitfähigen Verbindungselementes mit dem zweiten Anschlusskontakt ist die erwähnte Abwinkelung vorhanden, welche eine Kontaktfläche bildet, die mit dem Anschlusskontakt verbindbar ist. Auch diesbezüglich ist im Knickbereich eine Stromengstelle gebildet. Nachteilig ist weiterhin die geradlinige Verschiebung des isolierenden Trennelementes mit der Gefahr eines Verkantens in der vorgesehenen Schieberführung, insbesondere dann, wenn bereits eine thermische Belastung des Überspannungsableiters eingetreten ist.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter anzugeben, welche in besonders einfacher Weise aufgebaut und damit kostengünstig herstellbar ist und die bezogen auf eine stoßstrom- bzw. kurzschlussstromführende Schaltzunge in der Lage ist, auch extrem hohe Stoßströme oder Kurzschlussströme zu führen.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Abtrennvorrichtung gemäß der Merkmalskombination des Anspruches 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Die Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter, welcher von einem Tragkörper aufgenommen ist, und wobei sich vom Tragkörper Steckkontakte zum Außenanschluss erstrecken, welche mit mindestens einem Ableiterelement des Überspannungsableiters in Verbindung stehen, weist eine Schaltzunge auf, die an einem ersten Ende über eine thermische Trennstelle mit dem Ableiterelement und mit einem zweiten Ende mit einem der Steckkontakte verbunden ist.
Weiterhin umfasst die Abtrennvorrichtung einen am Tragkörper schwenkbar gelagerten, unter Federvorspannung stehenden, isolierenden Abtrennbock, wobei die Federvorspannung über die Schaltzunge auf die thermische Trennstelle einwirkt.
Bei dem Tragkörper, welcher sowohl das Ableiterelement als auch die eigentliche Abtrennvorrichtung aufnimmt, handelt es sich um ein Kunststoffspritzteil, das von einem separaten Außengehäuse umgeben ist. Die so gebildete Gesamtanordnung kann als Steckteil und damit als auswechselbarer Überspannungsableiter realisiert werden, der in ein übliches Unterteil mit Anschlussklemmen einbringbar ist.
Unabhängig davon ist die vorgestellte erfindungsgemäße Abtrennvorrichtung auch für andersartige Ausbildungen von Überspannungsableitern mit Tragkörpern geeignet.
Erfindungsgemäß ist die Schaltzunge als geradflächiger, langgestreckter, metallischer, nachgiebig elastischer Abtrennstreifen mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet.
Die Querschnittsfläche ist dabei so realisiert, dass eine Auslegung auf maximale Stoßströme bzw. maximale Kurzschlussströme ohne weiteres möglich ist.
Die Verbindung mit einer Kontaktfläche des Ableiterelementes erfolgt mittels einer an sich bekannten thermischen Trennstelle, zum Beispiel über eine Lotverbindung.
Die eigentliche thermische Trennstelle ist allerdings erfindungsgemäß über die Breitseite eines ersten Abtrennstreifenendes realisiert.
Die Verbindung mit einem der Steckkontakte hingegen erfolgt über den Umfang eines zweiten Abtrennstreifenendes, das in eine schlitzförmige Ausnehmung innerhalb eines zum Tragkörper weisenden Abschnittes des Steckkontaktes eintaucht.
Diesbezüglich ist die Ausnehmung im Wesentlichen der Querschnittsfläche des zweiten Abtrennstreifenendes komplementär.
Es wird also das zweite Abtrennstreifenende in die Ausnehmung mit rechteckigem Querschnitt eingesteckt und dort zum Beispiel stoffschlüssig fixiert.
Mit dem Erreichen des Schmelzpunktes der thermischen Trennstelle unterliegt der Abtrennbock einer Positionsverlagerung, und zwar aufgrund der Federvorspannung.
Hierdurch wird der Abtrennstreifen mit seinem ersten Abtrennstreifenende von der Kontaktstelle abgehoben. Der Abtrennbock tritt hiernach in den sich ergebenden Zwischenraum ein und führt zu einer sicheren Abtrennung.
Das Entstehen eines eventuellen Lichtbogens wird hierdurch von Anfang an sicher vermieden bzw. unterdrückt.
Der Abtrennbock selbst ist als Drehhebel ausgebildet. Die Drehachse befindet sich hier an einem Ende, das dem Punkt des Angriffes zur Erzeugung der Federvorspannung gegenüberliegt mit der Folge einer entsprechenden Kraftverstärkung auf die zwischen der Drehachse und dem Angriffspunkt für die Federvorspannung befindlichen Lage der thermischen Trennstelle.
Die Positionsverlagerung des Abtrennbockes ist über ein Sichtfenster in einem den Tragkörper umschließenden Außengehäuse erkennbar, so dass der jeweilige Zustand des Überspannungsableiters nachvollzogen werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist am Tragkörper ein Führungsansatz zur Aufnahme des zweiten Abtrennstreifenendes angeformt.
Das zweite Abtrennstreifenende ist in einer Ausbildung der Erfindung mit dem Steckkontakt verlötet oder verschweißt.
Wiederum ausgestaltend ist der Abtrennbock als Drehschieber ausgeführt und an seiner zur thermischen Trennstelle weisenden Kante mit einer Abflachung in Form einer einfachen Schrägfläche oder einer Keilfläche versehen. Hierdurch erfolgt ein schnelles und sicheres Trennen der durch Lot verbundenen Kontaktflächen unter Nutzung der Elastizität der als Abtrennstreifen ausgebildeten Schaltzunge. Der Abtrennstreifen wird bei der Abtrennbewegung nur in seinem elastischen Bereich beansprucht. Plastische Verformungen treten weder auf noch sind herstellungsseitig notwendig.
Durch die hebelverstärkt einwirkenden Kräfte auf die thermische Trennstelle können möglicherweise beim Aufschmelzvorgang entstehende Blockierungen durch Lotreste oder raue Materialoberflächen bzw. andere Unebenheiten überwunden werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Steckteiles eines Überspannungsableiters ohne Außengehäuse und ohne Unterteil, jedoch mit äußeren elektrischen Schraubanschlussklemmen im funktionsbereiten, das heißt nicht abgetrennten Zustand;
2 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 1, jedoch im abgetrennten Zustand, wobei sich hier der Abtrennbock bereits positionsverlagert hat und in den Zwischenraum zwischen Kontaktstelle und Abtrennstreifen eingetaucht ist;
3 eine Detailansicht zur Ausbildung der Verbindung eines der Steckkontakte über den Umfang eines zweiten Abtrennstreifenendes, welches in eine schlitzförmige Ausnehmung innerhalb eines zum Tragkörper weisenden Abschnittes des Steckkontaktes eintaucht.

Die erfindungsgemäße Abtrennvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel kann Bestandteil eines Überspannungsableiters in Form eines Steckteiles sein, wie dies in der 1 und 2 angedeutet ist.
Das gezeigte Steckteil weist hier noch kein Außengehäuse auf, um den Aufbau und die Funktion der Abtrennvorrichtung deutlich werden zu lassen.
Das Steckteil besitzt einen Tragkörper 1, der auf einer Seite eine kammerartige Ausnehmung aufweist, die mindestens ein Ableiterelement aufweist.
Der Tragkörper besitzt einen Durchbruch 2, welcher den Zugang zu einer Kontaktstelle 3 des Ableiterelementes gestattet.
In diesem Bereich wird die an sich bekannte thermische Trennstelle realisiert.
Weiterhin weist der Tragkörper 1 eine kurvenförmige Führung 4 zur Aufnahme einer eine Vorspannkraft erzeugenden Feder 5 auf. Weiterhin ist festzuhalten, dass die Feder 5 sich an einem Ende an einem Anschlag eines als Drehschieber ausgebildeten isolierenden Abtrennbockes 6 abstützt.
Der Drehschieber sitzt auf Drehachse 7, die als Fortsatz und damit integrales Element des Tragkörpers 1 ausgeführt sein kann.
Außenanschlüsse des Überspannungsableiters sind als Steckkontakte 8; 9 ausführbar, die in U-förmige Gegenkontakte 10 und 11 eingreifen.
Die Gegenkontakte 10 und 11 stehen mit an sich bekannten Außenanschluss-Schraubklemmen 12 und 13 in Verbindung oder sind Bestandteil dieser.
Erfindungsgemäß ist die Schaltzunge der thermischen Trennstelle als geradflächiger, langgestreckter, metallischer, nachgiebig elastischer Abtrennstreifen 14 ausgebildet.
Die Verbindung mit der Kontaktfläche 3 des Ableiterelementes erfolgt wie erläutert mittels der thermischen Trennstelle, und zwar über die Breitseite eines ersten Abtrennstreifenendes 140.
Die Verbindung mit einem der Steckkontakte 9 hingegen erfolgt über den Umfang eines zweiten Abtrennstreifenendes 141, das in eine schlitzförmige Ausnehmung 15 in einem Verlängerungsabschnitt 16 des Steckkontaktes 9 eintaucht.
Die Ausnehmung 15 entspricht hier im Wesentlichen der Querschnittsfläche des zweiten Abtrennstreifenendes 141 und ist diesem Ende komplementär ausgeführt.
Eine entsprechende Detaildarstellung ist der 3 entnehmbar.
Mit dem Erreichen des Schmelzpunktes der thermischen Trennstelle unterliegt der Abtrennbock 6 einer Positionsverlagerung; dies ist in den 1 und 2 über eine Bewegung nach links nachvollziehbar.
Hierbei hebt der Abtrennstreifen mit seinem ersten Abtrennstreifenende 140 von der Kontaktstelle 3 ab. Weiterhin tritt der Abtrennbock 6 mit seinem Bereich 60 in den sich ergebenden Zwischenraum ein (siehe 2).
Die Positionsverlagerung des Abtrennbockes 6 ist über ein in den Figuren nicht gezeigtes Sichtfenster in einen nicht dargestellten, den Tragkörper 1 umschließenden Außengehäuse erkennbar.
Diesbezüglich ist am Abtrennbock 6 eine Anzeigefläche 61 angeformt.
Der Abtrennbock 6 ist, wie aus den 1 und 2 nachvollziehbar, als Drehschieber ausgebildet. An seiner zur thermischen Trennstelle weisenden Kante 62 kann der Abtrennbock 6 eine Abflachung in Form einer Schrägfläche oder einer Keilfläche besitzen, um das Eindringen in den Trennstellenbereich und den Abtrennvorgang zu optimieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2011128 B1 [0002, 0007]
DE 202014103262 U1 [0008]

Claims

Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter, welcher von einem Tragkörper (1) aufgenommen ist und sich vom Tragkörper (1) Steckkontakte (8; 9) erstrecken, welche mit mindestens einem Ableiterelement des Überspannungsableiters in Verbindung stehen, weiterhin mit einer Schaltzunge (14), die an einem ersten Ende (140) über eine thermische Trennstelle mit dem Ableiterelement und mit einem zweiten Ende (141) mit einem der Steckkontakte (9) verbunden ist, einen am Tragkörper (1) schwenkbar gelagerten unter Federvorspannung stehenden, isolierenden Abtrennbock (6), wobei die Federvorspannung über die Schaltzunge (14) auf die thermische Trennstelle einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltzunge als geradflächiger, langgestreckter, metallischer, nachgiebig elastischer Abtrennstreifen (14) mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist, wobei die Verbindung mit einer Kontaktfläche (3) des Ableiterelementes mittels der thermischen Trennstelle über die Breitseite eines ersten Abtrennstreifenendes (140) und die Verbindung mit einem der Steckkontakte (9) über den Umfang eines zweiten Abtrennstreifenendes (141) erfolgt, das in eine schlitzförmige Ausnehmung (15) innerhalb eines zum Tragkörper (1) weisenden Abschnittes (16) des Steckkontaktes (9) eintaucht, wobei die Ausnehmung (15) im Wesentlichen der Querschnittsfläche des zweiten Abtrennstreifenendes (141) komplementär ist, wobei weiterhin mit dem Erreichen des Schmelzpunktes der thermischen Trennstelle der Abtrennbock (6) einer Positionsverlagerung unterliegt und hierbei den Abtrennstreifen (14) mit seinem ersten Abtrennstreifenende (140) von der Kontaktstelle (3) abhebt und der Abtrennbock (6) in den sich ergebenden Zwischenraum eintritt.
Abtrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrennbock (6) als Drehhebel ausgebildet ist.
Abtrennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsverlagerung des Abtrennbockes (6) über ein Sichtfenster in einem den Tragkörper (1) umschließenden Außengehäuse erkennbar ist.
Abtrennvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Tragkörper (1) ein Führungsansatz (100) zur Aufnahme des zweiten Abtrennstreifenendes (141) angeformt ist.
Abtrennvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abtrennstreifenende (141) mit dem Steckkontakt (9) verlötet oder verschweißt ist.
Abtrennvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrennbock (6) als Drehschieber ausgebildet ist und an seiner zur thermischen Trennstelle weisenden Kante (62) eine Abflachung in Form einer einfachen Schrägfläche oder Keilfläche besitzt.