DE69309949T2

DE69309949T2 - DEVICE FOR PROTECTION AGAINST OVERCURRENT

Info

Publication number: DE69309949T2
Application number: DE69309949T
Authority: DE
Inventors: Per Karlstroem
Original assignee: SELDIM I VAESTERAS AB
Current assignee: SELDIM I VAESTERAS AB
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2013-11-02
Also published as: ATE151925T1; DE69309949D1

Description

Technical part

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz gegen Überströme in elektrischen Schaltungen, mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Körper und zwei Elektroden, die dazu vorgesehen sind, Schaltungsstrom durch den Körper zu leiten, und jeweils an entsprechenden Positionen entweder direkt oder uber ein Zwischenteil an den Körper angrenzen bzw. anliegen oder anstoßen, wobei der Anstoßdruck durch eine Druckvorrichtung erzeugt wird. Die Vorrichtung ist in erster Linie zur Verwendung in Niederspannungssystemen mit einer Betriebsspannung von höchstens 1000 V vorgesehen.The present invention relates to a device for protecting against overcurrents in electrical circuits, with at least one electrically conductive body and two electrodes which are intended to conduct circuit current through the body and which each adjoin or abut or abut the body at corresponding positions either directly or via an intermediate part, the abutment pressure being generated by a pressure device. The device is primarily intended for use in low-voltage systems with an operating voltage of at most 1000 V.

Background technology

Strombegrenzungselemente, oder in der Fachterminologie Kurzschlußschutzvorrichtungen, bestehen hauptsächlich aus Schmelzsicherungen oder Sicherungen und Schutz- oder Leistungsschaltern, die häufig strombegrenzende Eigenschaften besitzen. Das Verfahren ist auf dem Fachgebiet bekannt, und es wurden mehrere Normen eingerichtet, z.B. IEC 269 bezüglich Schmelzsicherungen oder Sicherungen und IEC 947-2 bezüglich Schutz- oder Leistungsschaltern. Die Kurzschlußschutzvorrichtung wird angeregt durch die sie durchfließenden Kurzschlußströme Die Kurzschlußschutzvorrichtung wird gemäß zwei Hauptprinzipien angeregt und wird deshalb hier in die folgenden Kategorien 1 und 2 eingeteilt:Current limiting devices, or in technical terminology short-circuit protective devices, consist mainly of fuses or fuses and circuit breakers or circuit breakers, which often have current-limiting properties. The technique is well known in the art and several standards have been established, e.g. IEC 269 concerning fuses or fuses and IEC 947-2 concerning circuit breakers or circuit breakers. The short-circuit protective device is energized by the short-circuit currents flowing through it. The short-circuit protective device is energized according to two main principles and is therefore classified here into the following categories 1 and 2:

1. Sicherungen, Thermistoren mit positiven Temperaturkoeffizienten und selbstrückstellende oder Rückstell Kurzschlußschutzvorrichtungen, die in der US-A-3886551 beschrieben sind, werden angeregt, wenn infolge der erhöhten Entwicklung ohmscher Leistung in der Schutzvorrichtung Kurzschlußströme durch sie hindurchfließen Wenn die zugeführte elektrische Energie in der Schutzvorrichtung eine Temperaturerhöhung verursacht hat, die dem Schmelzpunkt des wesentlichen Materials in der Schutzvorrichtung entspricht, tritt eine Widerstandserhöhung auf und beginnt die Begrenzung des Kurzschlußstromes.1. Fuses, thermistors with positive temperature coefficients and self-resetting or reset short-circuit protective devices described in US-A-3886551 are energized when short-circuit currents flow through them as a result of the increased development of resistive power in the protective device. When the applied electrical energy has caused a temperature increase in the protective device corresponding to the melting point of the essential material in the protective device, an increase in resistance occurs and the limitation of the short-circuit current begins.

2. Auf Lichtbogen basierende strombegrenzende Sicherungen, z.B. Schutz- oder Leistungsschalter, werden direkt angeregt durch die Umwandlung von magnetischer Energiem mechanische Energie durch elektrodynamische Stromkräfte, die in dem im Leistungsschalter vorgesehenen elektrischen Kontaktsystem auftreten, oder indirekt durch eine separate Erregervorrichtung, die eine elektromagnetische Auslösevorrichtung aufweist, eine sogenannte "Plunger- oder Schlagstiftanordnung", die ebenfalls durch den Hauptstrom angeregt wird. Ein in einer magnetischen Schaltung angeordneter Anker wirkt auf das elektrische Kontaktsystem und/oder auf eine Auslösevorrichtung mit Federmechanismus, die eine Ein-Aus- Funktion ausführt. Außerdem wird, z.B. in Schaltschützen oder Kontaktgebern, eine Fernsteuerung verwendet, um zwei stabile mechanische Gleichgewichtszustände, "Ein" und "Aus", aufrechtzuerhalten. Elektrische Kontaktsysteme, in denen elektrodynamische Stromkräfte direkt auf die elektrischen Kontakte wirken, waren schon früher bekannt, z.B. von der GB-A-1519559, der GB-A-1489010 und der GB-A-1405377.2. Arc-based current-limiting fuses, e.g. protective or circuit breakers, are directly excited by the conversion of magnetic energy into mechanical energy by electrodynamic current forces occurring in the electrical contact system provided in the circuit breaker, or indirectly by a separate excitation device having an electromagnetic tripping device, a so-called "plunger or striker pin arrangement", which is also excited by the main current. An armature arranged in a magnetic circuit acts on the electrical contact system and/or on a tripping device with a spring mechanism that performs an on-off function. In addition, e.g. in contactors or contactors, a remote control is used to maintain two stable mechanical equilibrium states, "on" and "off". Electrical contact systems in which electrodynamic current forces act directly on the electrical contacts were already known earlier, e.g. from GB-A-1519559, GB-A-1489010 and GB-A-1405377.

Hybrideinrichtungen oder -schaltungen, in denen beide Prinzipien verwendet werden, sind unter anderem beschrieben in der GB-A-1472412 und in dem Artikel "A New PTC Resistor for Power Applications" von R.S. Perkins, et al., veröffentlicht in der Zeitschrift "IEEE Transactions on Components, Hybrids and Manufacturing Technology", Band CHMT-5, Nr. 2, Juni 1982, Seiten 225-230 und in den Veröffentlichungen US- A-3249810 und DE-A-3544647.Hybrid devices or circuits using both principles are described, among others, in GB-A-1472412 and in the article "A New PTC Resistor for Power Applications" by RS Perkins, et al., published in the journal "IEEE Transactions on Components, Hybrids and Manufacturing Technology", Volume CHMT-5, No. 2, June 1982, pages 225-230 and in the publications US-A-3249810 and DE-A-3544647.

Ein ernsthafter Nachteil von Kurzschlußschutzvorrichtungen gemäß den vorstehend dargestellten Kategorien 1 und 2, besonders im Fall hoher und steiler (= schnell ansteigender) Kurzschlußströme, liegt in der hohen inneren Trägheit. Thermische Trägheit hat eine einschränkende Wirkung auf die unter der vorstehend beschriebenen Kategorie 1 dargestellten Kurzschlußschutzvorrichtungen, während im Fall von auf Lichtbogen basierenden Schutz- oder Leistungsschaltern die mechanische Trägheit, d.h. die Massenträgheit, wesentlich wird, wenn die elektrischen Kontakte schnell getrennt werden sollen. Infolge der Massenträgheit ist der Lichtbogen an den elektrischen Kontakten in auf Lichtbogen basierenden Schutzoder Leistungsschaltern verzögert, so daß die zum Erreichen der Strombegrenzung wichtige Lichtbogenspannung die Werte, bei denen der ansonsten gleichmäßig ansteigende Kurzschlußstrom begrenzt wird, nicht vor Ablauf einer relativ langen Verzögerungszeit (ms) erreicht. Außerdem ist ein sehr hoher Kontaktdruck, der proportional ist zum Nennstrom der Vorrichtung, erforderlich, damit die elektrischen Kontakte in der Lage sind, den Nennstrom bei normalen Betriebsströmen zu übertragen. Dadurch wird auch verhindert, daß die elektrischen Kontakte sich schnell trennen, da der Kontaktdruck den elektrodynamischen Abstoß- und Trennkräften entgegengerichtet ist.A serious disadvantage of short-circuit protective devices according to categories 1 and 2 presented above, especially in the case of high and steep (= rapidly increasing) short-circuit currents, is the high internal inertia. Thermal inertia has a limiting effect on the short-circuit protective devices presented under category 1 described above, while in the case of arc-based protective or circuit breakers, the mechanical inertia, i.e. the mass inertia, becomes essential if the electrical contacts are to be separated quickly. Due to the mass inertia, the arc at the electrical contacts in arc-based protective or circuit breakers is delayed, so that the arc voltage, which is important for achieving the current limitation, does not reach the values at which the otherwise evenly increasing short-circuit current is limited before a relatively long delay time (ms) has elapsed. In addition, a very high contact pressure, proportional to the rated current of the device, is required to enable the electrical contacts to carry the rated current at normal operating currents. This also prevents the electrical contacts from separating quickly, since the contact pressure is opposite to the electrodynamic repulsion and separation forces.

Die Möglichkeit zum Einstellen der Empfindlichkeit der unter den vorstehend dargestellten Kategorien 1 und 2 beschriebenen Kurzschlußschutzvorrichtungen ist stark begrenzt. Daher ist eine umfassende Zuordnungsarbeit bezüglich Haupt- und untergeordneten Schutzvorrichtungen in elektrischen Schaltungen erforderlich. Deshalb wurden Normen ausgearbeitet, z.B. DIN 57636 Teil 21/VDE 0636 Teil 21 § 7,12 und IEC 947-2, weil eine fehlerhafte Zuordnung unter anderem zu Problemen bezüglich der Abstimmung oder des Abgleichs führen kann, die in bestehenden Systemen schwierig zu beseitigen (einzustellen) sind.The possibility of adjusting the sensitivity of the short-circuit protection devices described in categories 1 and 2 above is very limited. Therefore, a comprehensive assignment work is required regarding main and subordinate protection devices in electrical circuits. Standards have therefore been developed, e.g. DIN 57636 Part 21/VDE 0636 Part 21 § 7,12 and IEC 947-2 because incorrect assignment can, among other things, lead to problems with tuning or alignment that are difficult to eliminate (adjust) in existing systems.

Infolge der vorstehend genannten Nachteile und besonders der Trägheit sind die auf den in den vorstehend dargestellten Kategorien 1 und 2 beschriebenen Prinzipien basierenden Kurz schluß schutzvorrichtungen als Kurz schluß schutzvorrichtungen oder Stromtransientenschutzvorrichtungen für Thyristoren oder elektronische Geräte weniger geeignet, weil sie für hohe zeitliche Ableitungen des Stroms empfindlich sind, und auch hohe Kurzschlußströme in kapazitiven Schaltungen oder Induktionsmotorschaltungen mit hohen erwarteten Kurzschlußströmen auftreten können. Typische Werte erwarteter Kurzschlußströme sind Ik=50-100kA und zugeordnete zeitliche Ableitungen des Stroms von 22-44kA/ms. Bei einem Nennstrom von 100A läßt eine herkömmliche Sicherung dann den Durchgang eines Stromspitzenwerts von etwa 16kA zu, wobei i² dt 20kA²S beträgt, was die zulässigen Werte für entsprechende Thyristoren weit überschreitet. Daher sind häufig Drosselwiderstände in Thyristorschaltungen angeordnet, um zeitliche Ableitungen des Stroms zu reduzieren, so daß die vorstehend beschriebene Kurzschlußschut zvorrichtungen verwendet werden kann.As a result of the above-mentioned disadvantages and in particular the inertia, short-circuit protection devices based on the principles described in categories 1 and 2 above are less suitable as short-circuit protection devices or current transient protection devices for thyristors or electronic devices because they are sensitive to high time derivatives of the current and high short-circuit currents can also occur in capacitive circuits or induction motor circuits with high expected short-circuit currents. Typical values of expected short-circuit currents are Ik=50-100kA and associated time derivatives of the current of 22-44kA/ms. At a nominal current of 100A, a conventional fuse then allows the passage of a current peak value of around 16kA, with i² dt being 20kA²S, which far exceeds the permissible values for corresponding thyristors. Therefore, choke resistors are often arranged in thyristor circuits in order to reduce the time derivatives of the current so that the short-circuit protection devices described above can be used.

Eine Rückstell-Kurzschlußschutzvorrichtung weist hauptsächlich sogenannte Thermistoren auf. Der Ausdruck PTC- Element ist eine anerkannte Bezeichnung für Thermistoren, deren spezifischer Widerstand einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist.A reset short-circuit protection device mainly comprises so-called thermistors. The term PTC element is a recognized name for thermistors whose specific resistance has a positive temperature coefficient.

Elektrisch leitfähige Polymerzusammensetzungen, insbesondere PTC-Zusammensetzungen, und Vorrichtungen, in denen PTC-Zusammensetzungen enthalten sind, sind bekannt. Diesbezüglich kann verwiesen werden auf die US-A-2978665, die US- A-3351882, die US-A-4017715, die US-A-4177376 und die US-A- 4246468, sowie auf das U.K.-Patent Nr. 1534715. Spätere Entwicklungen sind beispielsweise beschrieben in der DE-A- 2948350, in der DE-A-2948281, in der DE-A-2949174 und in der DE-A-3002721, sowie in verschiedenen Patentanmeldungen, z.B. in den U.S.-Patentanmeldungen mit den Seriennummern 41071 (MPO 295), 67207 (MPO 299) und 88344 (MPO 701) und in Patentanmeldungen, z.B in den U.S.-Patentanmeldungen mit den Seriennummern 141984 (MPO 712), 141987 (MPO 713), 141988 (MPO 714), 141989 (MPO 715), 141991 (MPO 720) und 142054 (MPO 725).Electrically conductive polymer compositions, in particular PTC compositions, and devices in which PTC compositions are contained are known. In this regard, reference may be made to US-A-2978665, US-A-3351882, US-A-4017715, US-A-4177376 and US-A-4246468, as well as to UK Patent No. 1534715. Later developments are described, for example, in DE-A-2948350, in DE-A-2948281, in DE-A-2949174 and in DE-A-3002721, as well as in various patent applications, e.g. in US patent applications with serial numbers 41071 (MPO 295), 67207 (MPO 299) and 88344 (MPO 701) and in patent applications, e.g. in US patent applications with serial numbers 141984 (MPO 712), 141987 (MPO 713), 141988 (MPO 714), 141989 (MPO 715), 141991 (MPO 720) and 142054 (MPO 725).

Ein bei PTC-Elementen auftretendes Problem ist, daß, wenn sie durch den sie hindurchfließenden Strom erhitzt werden und die Temperatur erreicht ist, bei der die PTC- Elemente selbstanpassend werden, die Spannung von einem Fragment des PTC-Elements übernommen wird und das Fragment sehr hohen Beanspruchungen ausgesetzt wird, durch die das PTC-Element leicht zerstört werden kann. PTC- Ausführungsformen, in denen dieses Problem beseitigt ist, sind z.B. bekannt durch die EP-A-0038716. PTC-Elemente für Überlastschutzvorrichtungen werden oft aus einem Polymermaterial hergestellt, z.B. Hochdruckpolyethylen, das Teilchen eines elektrisch leitfähigen Materials enthält, z.B. Lampenruß oder Carbon Black oder Ruß, und weisen einen Widerstand mit hohem positivem Temperaturkoeffizienten auf.A problem encountered with PTC elements is that, when they are heated by the current flowing through them and the temperature is reached at which the PTC elements become self-adapting, the voltage is taken over by a fragment of the PTC element and the fragment is subjected to very high stresses which can easily destroy the PTC element. PTC embodiments in which this problem is eliminated are known, for example, from EP-A-0038716. PTC elements for overload protection devices are often made of a polymer material, e.g. high pressure polyethylene, containing particles of an electrically conductive material, e.g. lamp black or carbon black or soot, and have a resistance with a high positive temperature coefficient.

Keramische Thermistoren, die PTC-Eigenschaften aufweisen, sind bekannt durch die GB-A-1570138. Die gebräuchlichsten keramischen Thermistoren basieren auf BaTiO&sub3; oder V&sub2;O&sub3;.Ceramic thermistors that exhibit PTC properties are known from GB-A-1570138. The most common ceramic thermistors are based on BaTiO₃ or V₂O₃.

Ein Vorteil eines Thermistors auf Polymerbasis im Vergleich zum keramischen Thermistor ist, daß sein Widerstand mit der Temperatur monoton zunimmt. Er ist außerdem verhältnismäßig kostengünstig herstellbar. Kommerziell erhältliche Polymer-Thermistoren sind für verhältnismäßig niedrige Nennspannungen konstruiert und können deshalb z.B. nicht so leicht in Verteilungsnetzen verwendet werden. Außerdem sind die Struktur und die Elektrodenanschlüsse der Thermistoren normalerweise derart, daß die Thermistoren bei hohen Kurzschlußströmen durch antiparallele Stromwege starken Abstoßungskräften ausgesetzt sind, durch die die Elektroden auseinandergerissen werden. Es ist auch bekannt, daß auf Sandwich-PTC-Elemente auf Polymerbasis nach dem Ubergang von einen Zustand niedrigen spezifischen Widerstandes in einen Zustand hohen spezifischen Widerstandes nicht zum Anfangswiderstand zurückkehren. In schwerwiegenderen Fällen, wenn die PTC-Elemente sehr hohen elektrischen Belastungen, z.B. Kurzschlußströmen, ausgesetzt sind, bilden sich Blasen und Risse im mittleren Teil oder in anderen Teilen der Polymerzusammensetzung des PTC-Elements, so daß das Element nicht mehr funktioniert, d.h. das Element ist zerstört.An advantage of a polymer-based thermistor compared to a ceramic thermistor is that its resistance increases monotonically with temperature. It is also relatively inexpensive to manufacture. Commercially available polymer thermistors are designed for relatively low voltage ratings and therefore cannot be used so easily in distribution networks, for example. In addition, the structure and electrode connections of the thermistors are usually such that the thermistors can withstand high short-circuit currents. due to antiparallel current paths are subjected to strong repulsive forces which tear the electrodes apart. It is also known that polymer-based sandwich PTC elements do not return to the initial resistance after the transition from a state of low resistivity to a state of high resistivity. In more serious cases, when the PTC elements are subjected to very high electrical loads, eg short-circuit currents, bubbles and cracks form in the middle part or in other parts of the polymer composition of the PTC element, so that the element no longer functions, ie the element is destroyed.

Aus diesen Gründen wurden Thermistoren auf Polymerbasis in der Praxis bisher nicht in größerem Ausmaß in der elektrischen Leistungstechnologie verwendet, sondern hauptsächlich nur, um elektronische Geräte zu schützen, weil die möglichen Anwendungsbereiche durch die thermische Trägheit begrenzt sind.For these reasons, polymer-based thermistors have not been used in practice to a large extent in electrical power technology, but mainly only to protect electronic devices, because the possible areas of application are limited by thermal inertia.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen Thermistoren und Schmelzsicherungen oder Sicherungen ist, daß Thermistoren sich nach einem Kurzschluß selbst zurückstellen, d.h. Thermistoren können nach einem Kurzschluß wiederverwendet werden, was auch für Schutz- oder Leistungsschalter zutrifft.A key difference between thermistors and fuses or fuses is that thermistors reset themselves after a short circuit, i.e. thermistors can be reused after a short circuit, which also applies to circuit breakers or circuit breakers.

Elastomere umfassen alle Polymere mit elastischen Eigenschaften, die denen von Naturkautschuk ähnlich sind. Elastomere können innerhalb eines verhältnismäßig großen zulässigen elastischen Bereichs zusammengedrückt oder gedehnt werden und kehren zu ihrem Ausgangszustand zurück, wenn die Belastung freigegeben wird. Elektrisch leitfähige Elastomere sind eine Klasse von Gummi und Kunststoff, die elektrisch leitfähig gemacht wurden entweder durch Hinzufügen von Metallgemischen, oder durch Ausrichten von Metallfasern unter dem Einfluß elektrischer Felder, oder durch Hinzufügen von verschiedenen Kohlenstoffgemischen oder Keramiken, z.B. V203-Material, das auf die Weise dispergiert ist, wie in dem Artikel "V203 Composite Thermistors" von D. Moffat, et al., veröffentlicht in "Proceedings of the Sixth IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics", 1986, Seiten 673-676, beschrieben. In Gummi werden verschiedene Arten von "Ruß" oder "Carbon Black", z.B. Graphit, Acetylenruß, Lampenruß und Ofenruß, mit Teilchendurchmessern im Bereich von 10 bis 300nm verwendet. Beispiele für geeignete Gummimaterialien, die nach dem Hinzufügen von Metallgemischen oder Kohlenstoffgemischen elektrisch leitfähig werden, sind Butyl, Naturkautschuk, Polychloropren oder Chloroprenkautschuk, Neopren, EPDM, und das wichtigste Material ist Silikonkautschuk. Zusätze von Metall oder Metallegierungen in Pulverform, die als Elastomerzusätze geeignet sind, sind Silber, Nickel, Kupfer, versilbertes Kupfer, versilbertes Nickel und versilbertes Aluminium.Elastomers include all polymers with elastic properties similar to those of natural rubber. Elastomers can be compressed or stretched within a relatively large allowable elastic range and return to their original state when the load is released. Electrically conductive elastomers are a class of rubber and plastic that have been made electrically conductive either by adding metal mixtures, or by aligning metal fibers under the influence of electric fields, or by adding various carbon mixtures or ceramics, e.g. V203 material dispersed in the manner described in the Article "V203 Composite Thermistors" by D. Moffat, et al., published in "Proceedings of the Sixth IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics", 1986, pages 673-676. In rubber, various types of "soot" or "carbon black", e.g. graphite, acetylene black, lamp black and furnace black, with particle diameters in the range of 10 to 300nm are used. Examples of suitable rubber materials that become electrically conductive after the addition of metal mixtures or carbon mixtures are butyl, natural rubber, polychloroprene or chloroprene rubber, neoprene, EPDM, and the most important material is silicone rubber. Additions of metal or metal alloys in powder form that are suitable as elastomer additives are silver, nickel, copper, silvered copper, silvered nickel and silvered aluminum.

Elektrisch leitfähige Elastomere werden als Drucksignalwandler in der Signalwandlertechnologie verwendet. Die elektrischen Eigenschaften ändern sich, wenn elektrisch leitfähige Elastomere, z.B. durch Druck oder Zugeinwirkung, verformt werden, wodurch eine Widerstandsänderung erhalten wird.Electrically conductive elastomers are used as pressure signal transducers in signal transducer technology. The electrical properties change when electrically conductive elastomers are deformed, e.g. by pressure or tension, resulting in a change in resistance.

Die gebräuchlichsten Typen von mit Kohlenstoff oder Metall gefüllten Kunststoffen sind Polyethylen und Polypropylen. Diese werden gegenwärtig für Heizkabel und für Überlastschutzvorrichtungen, z.B. den vorstehend erwähnten, PTC- Thermistor auf Polymerbasis, verwendet.The most common types of carbon or metal filled plastics are polyethylene and polypropylene. These are currently used for heating cables and for overload protection devices, e.g. the polymer based PTC thermistor mentioned above.

Durch die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Füllmaterials werden jedoch die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs beeinträchtigt. Das Material wird spröde und hart und ist daher nicht leicht verformbar. Diese Materialien sind deshalb als Drucksignalwandler ungeeignet, und für diese Materialien ist außerdem ein verhältnismäßig kompliziertes Kontaktierungsverfahren für PTC-Anwendungen erfordelich. Eine weitere Einschränkung von mit Kohlenstoff gefüllten Kunststoffen liegt in ihrem verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstand, der typischerweise 1Ωcm oder mehr beträgt. Andererseits können mit Metall gefüllte Kunststoffe mit einem deutlich niedrigeren spezifischen Widerstand von weniger als 0,5Ωcm, hergestellt werden, allerdings wird die elektrische und mechanische Spannungsstabilität sehr gering, so daß diese Materialien für Uberlastschutzvorrichtungen nicht geeignet sind.However, the use of an electrically conductive filler material impairs the mechanical properties of the plastic. The material becomes brittle and hard and is therefore not easily deformable. These materials are therefore unsuitable as pressure signal converters and they also require a relatively complicated contacting process for PTC applications. Another limitation of carbon-filled plastics is their relatively high specific resistance, which is typically 1Ωcm or more. On the other hand, metal-filled plastics can be manufactured with a much lower resistivity of less than 0.5Ωcm, but the electrical and mechanical voltage stability becomes very low, so that these materials are not suitable for overload protection devices.

Elektrisch leitfähige Elastomere können sehr niedrige spezifische Widerstände aufweisen, z.B. spezifische Widerstände von 2mΩcm oder weniger, indem Metallpulver beigemischt wird. Ein Vorteil von Elastomeren ist, daß sie im Vergleich zu mit Kohlenstoff gefülltem Polyethylen und Polypropylen sehr weich sind, auch wenn sie große Mengen eines elektrisch leitfähigen Füllmaterials enthalten. Solche Elastomere haben eine typische Shorehärtezahl zwischen 20 und 80 gemäß der Amerikanischen Norm ASTM D2240 (Q/C).Electrically conductive elastomers can have very low resistivities, e.g. resistivities of 2mΩcm or less, by adding metal powder. An advantage of elastomers is that they are very soft compared to carbon-filled polyethylene and polypropylene, even when they contain large amounts of electrically conductive filler. Such elastomers have a typical Shore hardness of between 20 and 80 according to the American standard ASTM D2240 (Q/C).

Disclosure of the invention

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verhältnismäßig einfache und kostengünstige Überlastschutzvorrichtung bereitzustellen, durch die auch bei sehr hohen zeitlichen Ableitungen des Stroms, die höchsten in einem Niederspannungsnetz auftretenden Kurzschlußströme begrenzt werden können, und deren Auslösekennlinie, d.h. deren Ansprechempfindlichkeit, leicht an den zu schützenden Gegenstand angepaßt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzvorrichtung gelöst, die einen Körper aus einem Elastomermaterial aufweist, wobei der Körper und/oder mindestens eine Elektrode bzw. ein Zwischenteil bei Abwesenheit von Druck gekrümmt ist und durch eine Druckvorrichtung an entsprechenden Auflager- oder Anstoßstellen unter Druckeinwirkung verformt wird, so daß sich die Auflageroder Anstoßfläche durch durchfließende Überströme verkleinert, die Elektrode bzw. das Zwischenteil ebenfalls Elastomer enthält, und die Vorrichtung einen Widerstand und/oder eine Kapazität aufweist, die in Parallelschaltung zu dem Elastomerkörper geschaltet sind.The object of the present invention is to provide a relatively simple and cost-effective overload protection device, by means of which the highest short-circuit currents occurring in a low-voltage network can be limited even with very high temporal derivations of the current, and whose tripping characteristic, i.e. its response sensitivity, can be easily adapted to the object to be protected. This object is achieved according to the invention by a protection device which has a body made of an elastomer material, wherein the body and/or at least one electrode or an intermediate part is curved in the absence of pressure and is deformed by a pressure device at corresponding support or abutment points under the influence of pressure, so that the support or abutment surface is reduced by excess currents flowing through it, the electrode or the intermediate part is also made of elastomer. and the device has a resistance and/or a capacitance connected in parallel to the elastomer body.

Durch Verformen mindestens einer gekrümmten oder konvexen bzw. nach außen gewölbten Oberfläche eines im Strombegrenzungselement angeordneten elektrisch leitfähigen Elastomerkörpers mit Hilfe einer Druckvorrichtung, und durch Integrieren von Elektroden, die Strom durch das Strombegrenzungselement leiten, wird eine wesentlich wirksamere Strombegrenzung erreicht, als diejenige, die mit herkömmlichen Kurzschlußschutzvorrichtungen erreichbar ist, die unter der Überschrift "Hintergrundtechnik" beschrieben wurden. Dadurch ergeben sich wesentliche Kostenvorteile, insbesonders hinsichtlich den dem Strombegrenzungselement nachgeschalteten Einrichtungen. Durch die Vorrichtung können sowohl herkömmliche Schmelzsicherungen, als auch sogenannte automatische Schutz- oder Leistungsschalter (MCB) ersetzt werden, und die Vorrichtung hat die Vorteile, die diese beide Typen von Schutz- oder Leistungsschaltern bieten, ohne daß sie deren Nachteile aufweist, wie die begrenzte Lebensdauer der Sicherung und das begrenzte Stromunterbrechungsvermögen der automatischen Schutz- oder Leistungsschalter beim Auftreten von Kurzschlüs sen.By deforming at least one curved or convex surface of an electrically conductive elastomer body arranged in the current limiting element using a pressure device and by integrating electrodes that conduct current through the current limiting element, a much more effective current limitation is achieved than that which can be achieved with conventional short-circuit protection devices described under the heading "Background Technology". This results in significant cost advantages, particularly with regard to the devices connected downstream of the current limiting element. The device can replace both conventional fuses and so-called automatic circuit breakers (MCBs), and the device has the advantages offered by both these types of circuit breakers without having their disadvantages, such as the limited service life of the fuse and the limited current interrupting capacity of the automatic circuit breakers when short circuits occur.

Die Polymerzusammensetzung des Elastomerkörpers kann von einer beliebigen bekannten Art sein und ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Beispiele für in dieser Hinsicht geeignete Elastomere sind insbesondere Butyl, Naturkautschuk, Polychloropren oder Chloroprenkautschuk, Neopren, EPDM und Silikonkautschuk. Das elektrisch leitfähige Pulvermaterial umfaßt vorzugsweise Silber, Nickel, Kobalt, versilbertes Kupfer, versilbertes Nickel, versilbertes Aluminium, Lampenruß, leitfähigen Ofenruß oder Carbon Black oder Rußschwarz. Das Pulvermaterial weist geeignet eine Teilchengröße von 0,01-10µm auf, und die Pulverfüllmittelmenge entspricht geeignet 40-90% des kombinierten Gewichts der Pulverfüllung und des Elastomers. Der spezifische Widerstand des elektrischen Elastomerkörpers liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1mΩcm bis 10Ωcm. Wenn die Vorrichtung mehr als einen elektrisch leitfähigen Elastomerkörper aufweist, können die Körper aus dem gleichen oder aus verschiedenen Elastomeren bestehen und die gleichen oder verschiedene Füllstoffe und spezifischen Widerstände aufweisen. Die Elektroden sind herkömmliche Elektroden, z.B. aus versilbertem Kupfer. Die Elektroden sind vorzugsweise so ausgerichtet, daß zwischen den Elektroden abstoßende Kräfte auftreten, wenn hohe Ströme hindurchfließen Durch den auf die Elektroden, z.B. durch eine bekannte Druckvorrichtung, wie beispielsweise in der US-A-3914727 beschrieben, oder durch einen herkömmlichen Federmechanismus für die Ein-Aus-Funktion eines elektrischen Schalters, ausgeübten Druck wird die konvexe Anstoßfläche des Elastomerkörpers verformt, wenn die Vorrichtung eine solche Anstoßfläche aufweist. Diese Verformung erreicht vorzugsweise mindestens 5%. Eine Verformung von 5- 30% ist besonders bevorzugt, wobei die Verformung definiert ist durch eine Anfangsposition des Abstands zwischen den Körpern, die an einen betrachteten Elastomerkörper angrenzt, d.h. wenn der Abstand d und der Druck 0 betragen und angrenzende Körper an den Elastomerkörper anstoßen, und wenn sich der Abstand auf 0,7 d ändert, nachdem Druck ausgeübt wurde, wurde der Körper um 30% verformt. Besonders bevorzugte Elastomerkörper sind solche, die eine Härte zwischen 30-50 IRHD gemäß der Britischen Norm BS903/A26 aufweisen, obwohl auch Materialien mit niedrigerer oder höherer Härte verwendet werden könnten.The polymer composition of the elastomer body may be of any known type and does not form part of the present invention. Examples of elastomers suitable in this respect are in particular butyl, natural rubber, polychloroprene or chloroprene rubber, neoprene, EPDM and silicone rubber. The electrically conductive powder material preferably comprises silver, nickel, cobalt, silvered copper, silvered nickel, silvered aluminium, lamp black, conductive furnace black or carbon black or carbon black. The powder material suitably has a particle size of 0.01-10µm and the amount of powder filler suitably corresponds to 40-90% of the combined weight of the powder fill. and the elastomer. The resistivity of the electrical elastomer body is preferably in the range 0.1 mΩcm to 10Ωcm. If the device has more than one electrically conductive elastomer body, the bodies may be made of the same or different elastomers and may have the same or different fillers and resistivities. The electrodes are conventional electrodes, e.g. made of silver-plated copper. The electrodes are preferably aligned so that repulsive forces occur between the electrodes when high currents flow through. The pressure exerted on the electrodes, e.g. by a known pressure device such as described in US-A-3914727 or by a conventional spring mechanism for the on-off function of an electrical switch, deforms the convex abutment surface of the elastomer body if the device has such an abutment surface. This deformation preferably reaches at least 5%. A deformation of 5-30% is particularly preferred, the deformation being defined by an initial position of the distance between the bodies adjacent to a considered elastomeric body, i.e. when the distance d and pressure are 0 and adjacent bodies abut the elastomeric body, and when the distance changes to 0.7 d after pressure is applied, the body has been deformed by 30%. Particularly preferred elastomeric bodies are those having a hardness between 30-50 IRHD according to British Standard BS903/A26, although materials of lower or higher hardness could also be used.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen spezifiziert.Preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Druckvorrichtung eine druckausübende Einrichtung mit Federeigenschaften auf. Durch eine Federvorrichtung mit dieser bevorzugten Konstruktion wird die Trennung und damit die Verringerung der Übergangsfläche zwischen der konvexen Anstoßfläche des Elastomerkörpers, falls eine solche Anstoßfläche vorgesehen ist, und dem angrenzenden Körper erheblich erleichtert.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the pressure device comprises a pressure-exerting device with spring properties. A spring device with this preferred construction enables the separation and thus considerably facilitates the reduction of the transition area between the convex abutment surface of the elastomer body, if such an abutment surface is provided, and the adjacent body.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, wenn nur ein elektrisch leitfähiger Elastomerkörper im Strombegrenzungselement angeordnet ist, dieser Elastomerkörper in eine geschlitzte elektrisch isolierende Platte eingefügt. Der Elastomerkörper wird im Schlitz angeordnet und unter Einwirkung von Druck erweitert, so daß er den ganzen Schlitz ausfüllt. Auf diese Weise wird ein elektrischer Trennschalter erhalten, durch den beim Auftreten eines Kurzschlusses ein elektrischer Überschlag verhindert wird.According to a particularly preferred embodiment of the invention, if only one electrically conductive elastomer body is arranged in the current limiting element, this elastomer body is inserted into a slotted electrically insulating plate. The elastomer body is arranged in the slot and expanded under the action of pressure so that it fills the entire slot. In this way, an electrical isolating switch is obtained which prevents an electrical flashover when a short circuit occurs.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist in derselben Druckvorrichtung ein Elastomerkörper schichtförmig auf einem anderen erfindungsgemäßen Elastomerkörper angeordnet.According to another embodiment of the invention, in the same printing device, an elastomer body is arranged in a layered manner on another elastomer body according to the invention.

Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung weist der Elastomerkörper eine Ausnehmung auf und kann um wesentlich mehr als 30% verformt werden, wobei das Ausmaß der Verformung vom Durchmesser der Ausnehmung abhängt. Der Vorteil bei dieser Lösung ist, daß ein verhältnismäßig hartes Elastomer verwendet werden kann, während der Körper noch immer wesentlich verformt werden kann.According to yet another embodiment of the invention, the elastomer body has a recess and can be deformed by substantially more than 30%, the extent of the deformation depending on the diameter of the recess. The advantage of this solution is that a relatively hard elastomer can be used, while the body can still be deformed substantially.

Es hat gezeigt, daß es durch die vorliegende Erfindung möglich ist, den unter der Überschrift "Hintergrundtechnik" beschriebenen Nachteilen, wie beispielsweise die Unempfindlichkeit usw., der Überlastschutzvorrichtung, entgegenzuwirken oder sie völlig zu beseitigen. Der Widerstand des Strombegrenzungselements ändert sich, wenn hohe Kurzschlußströme bei niedrigerer Energieentwicklung auftreten, wodurch die thermische und die mechanische Trägheit reduziert werden. Außerdem wird das Strombegrenzungselement nach dem Übergang von einem Zuständ mit niedrigem spezifischen Widerstand zu einem Zustand mit hohem spezifischen Widerstand wieder den ursprünglichen Widerstand annehmen und ist damit wiederverwendbar, auch wenn es der Wirkung von Kurzschlußströmen ausgesetzt war. Ein denkbarer Grund für die durch die vorliegende Erfindung erreichten Ergebnisse kann sein: Beim normalen Stromdurchgang wird ein niedriger Übergangswiderstand zwischen den Elementen aufrechterhalten, die durch die Übergangsfläche in Kontakt miteinander stehen, die gebildet wird, wenn der Körper mit konvexer Anstoßfläche oder die Körper, falls mehr als ein solcher Körper vorgesehen ist, durch eine externe Druckvorrichtung verformt werden. Wenn hohe Kurzschlußströme auftreten, werden sich die Elektroden durch Stromkräfte trennen. Außerdem treten im Übergangsbereich zwischen der konvexen Anstoßfläche der Elastomerkörper, wenn eine solche Anstoßfläche vorgesehen ist, ünd angrenzenden Körpern aufgrund der Konfiguration der bevorzugten Anstoßfläche sogenannte Striktionskräfte auf. Dadurch wird die Anstoßfläche reduziert, teilweise weil ein Elastomerkörper mit konvexer Anstoßfläche verformt werden kann, teilweise weil sich die Elektroden trennen. Dadurch nimmt die Energieentwicklung in der abnehmenden Übergangsfläche schneller zu und wird eine beträchtliche Zunahme des Widerstandes des Elastomerkörpers an der Übergangsfläche hervorgerufen, ohne daß der Rest des Elastomerkörpers unzulässig hohen Belastungen ausgesetzt wird. Außerdem ist durch die Querschnittstruktur des bevorzugten Elastomerkörpers die Stromdichte entlang der Symmetrieachse der Querschnittsfläche zwischen den Elektroden am größten, d.h., daß das Material in diesem Bereich am meisten belastet wird, wodurch verhindert wird, daß sich im Querschnitt senkrecht zur Stromrichtung Risse und Blasen bilden.It has been shown that the present invention makes it possible to counteract or completely eliminate the disadvantages of the overload protection device described under the heading "Background Art", such as insensitivity, etc. The resistance of the current limiting element changes when high short-circuit currents occur at lower energy development, thereby reducing the thermal and mechanical inertia. In addition, the current limiting element is switched off after the transition from a state of low resistivity to a state of high resistivity, it will return to its original resistance and is thus reusable, even if it has been subjected to the action of short-circuit currents. One conceivable reason for the results achieved by the present invention may be: During normal current passage, a low contact resistance is maintained between the elements in contact with each other through the transition surface formed when the body with a convex abutment surface or the bodies, if more than one such body is provided, are deformed by an external pressure device. When high short-circuit currents occur, the electrodes will separate due to current forces. In addition, so-called stricture forces occur in the transition region between the convex abutment surface of the elastomer bodies, if such an abutment surface is provided, and adjacent bodies due to the configuration of the preferred abutment surface. This reduces the abutment surface, partly because an elastomer body with a convex abutment surface can be deformed, partly because the electrodes separate. This causes the energy development in the decreasing transition area to increase more rapidly and causes a significant increase in the resistance of the elastomer body at the transition area without subjecting the rest of the elastomer body to unacceptably high loads. In addition, the cross-sectional structure of the preferred elastomer body means that the current density is greatest along the axis of symmetry of the cross-sectional area between the electrodes, ie the material is most stressed in this area, which prevents cracks and bubbles from forming in the cross-section perpendicular to the current direction.

Unter anderem ergeben sich die folgenden Vorteile einer strombegrenzenden Vorrichtung, wenn die im Abschnitt Hintergrundtechnik beschriebenen physikalischen Eigenschaften kombiniert werden, z.B. das Druckansprechverhalten elektrisch leitfähiger Elastomere, Übergangsflächen, der elektrodynamische Abstoßungseffekt, der durch eine geeignete geometrische Konfiguration von elektrisch leitfähigen Elastomerkörpern und Elektroden erreicht wird, und das Elektrodenmaterial geeignet ausgewählt wird:Among others, the following advantages of a current limiting device result when the physical properties described in the background section are combined, e.g. the pressure response electrically conductive elastomers, transition surfaces, the electrodynamic repulsion effect achieved by a suitable geometric configuration of electrically conductive elastomer bodies and electrodes, and the electrode material is suitably selected:

a) Wesentlich erhöhte Empfindlichkeit bei hohen zeitlichen Ableitungen des Stroms und Kurzschlußströmen aufgrund einer elastischen Druckvorrichtung und einer bevorzugten Elektrodenkonfiguration, durch die die Elektroden sich in Zusammenwirkung mit dem besonders gestalteten elektrisch leitfähigen Elastomerkörper abstoßen.a) Significantly increased sensitivity to high time derivatives of current and short-circuit currents due to an elastic compression device and a preferred electrode configuration whereby the electrodes repel each other in cooperation with the specially designed electrically conductive elastomer body.

b) Die Vorrichtung kann aufgrund der Verformung des Kontaktübergangsbereichs zwischen dem elektrisch leitfähigem Elastomerkörper und der Elektrode sehr niederohmig gemacht werden.b) The device can be made very low-resistance due to the deformation of the contact transition area between the electrically conductive elastomer body and the electrode.

c) Ein geringeres Auswahlproblem in elektrischen Schaltungen, die Haupt- und untergeordnete Schutzvorrichtungen aufweisen.c) A reduced selection problem in electrical circuits that have primary and secondary protection devices.

d) Das Element nimmt nach einem Übergang von einem Zustand mit niedrigem spezifischen Widerstand in einen Zustand mit hohem spezifischen Widerstand wieder seinen ursprünglichen Widerstand an.d) The element returns to its original resistance after a transition from a state with low specific resistance to a state with high specific resistance.

e) Eine einfache Schutzvorrichtung, bei der möglicherweise keine Lichtbogenabschirmungen erforderlich sind, wenn die Elektroden mechanisch mit einem herkömmlichen Ein-Aus- Mechanismus für Schutz- oder Leistungsschalter verbunden sind, der in der Ein-Stellung den erforderlichen Druck zwischen Elektrode (= Kontakt) und elektrisch leitfähigem Elastomerkörper aufrechterhält.e) A simple protective device, where arc shields may not be required if the electrodes are mechanically connected to a conventional on-off mechanism for circuit breakers or circuit breakers, which maintains the required pressure between the electrode (= contact) and the electrically conductive elastomer body in the on position.

f) Eliminierte Verschweißgefahr, wenn eine Schutz- oder Leistungsschalteranordnung gemäß dem vorstehenden Punkt e) vorgesehen ist.f) Elimination of welding hazard if a protective or circuit-breaker arrangement is provided in accordance with point e) above.

g) Eine schwingungsunempfindliche und rückschlagunempfindliche Einschaltfunktion.g) A switch-on function that is insensitive to vibration and kickback.

h) Die Möglichkeit, die Empfindlichkeit der Vorrichtung einzustellen, wenn der durch die Druckvorrichtung aufrechterhaltene Druck auf bekannte Weise eingestellt und verändert werden kann, wodurch die Verwendung von ein und derselben Überlastschutzvorrichtung in einem erweiterten Nennstrombereich ermöglicht wird.h) The possibility of adjusting the sensitivity of the device, where the pressure maintained by the pressure device can be adjusted and varied in a known manner, thus enabling the use of one and the same overload protection device over an extended rated current range.

i) Sehr kleine äußere Abmessungen, da das elektrisch leitfähige Elastomer einen sehr geringen spezifischen Widerstand < 1mΩcm aufweisen kann.i) Very small external dimensions, since the electrically conductive elastomer can have a very low specific resistance < 1 mΩcm.

j) Die Bereitstellung von Drosselwiderständen in Thyristorschaltungen kann vermieden werden.j) The provision of choke resistors in thyristor circuits can be avoided.

Short description of the drawings

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben; es zeigen:The present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which:

Figuren 1a-c Mittelquerschnittansichten von drei bevorzugten Ausführungsformen eines Teils der Erfindung, wobei dieser Teil hauptsächlich elektrisch leitfähige Elastomerkörper und Elektroden aufweist;Figures 1a-c are central cross-sectional views of three preferred embodiments of a part of the invention, said part mainly comprising electrically conductive elastomer bodies and electrodes;

Figur 2 eine Darstellung des Widerstands R als Funktion des Abstands d zwischen zwei Elektroden, zwischen denen ein elektrisch leitfähiger Elastomerkörper mit halbzylinderförmigem Querschnitt mit Radius r zusammengedrückt wird;Figure 2 shows a representation of the resistance R as a function of the distance d between two electrodes, between which an electrically conductive elastomer body with a semi-cylindrical cross-section with radius r is compressed;

Figur 3 eine Ausführungsform eines in einer elektrischen Schaltung angeordneten Strombegrenzungselements;Figure 3 shows an embodiment of a current limiting element arranged in an electrical circuit;

Figur 4 den Stromverlauf unter Verwendung eines in Figur 3 dargestellten Elements im Fall eines Kurzschlusses;Figure 4 shows the current flow using an element shown in Figure 3 in the case of a short circuit;

Figur 5 einen Vergleich zwischen die Funktion i2 dt darstellenden Kurven für ein Strombegrenzungselement und eine herkömmliche Schutzvorrichtung, wie beispielsweise eine Sicherung und einen Schutz- oder Leistungsschalter MCCB;Figure 5 shows a comparison between curves representing the i2 dt function for a current limiting element and a conventional protection device such as a fuse and a circuit breaker MCCB;

Figuren 6-7 Mittelquerschnittansichten eines Elastomerkörpers und zugeordneter Elektroden, sowie eine Abstoßungseinrichtung;Figures 6-7 are central cross-sectional views of an elastomer body and associated electrodes, as well as a repulsion device;

Figuren 8-19 weitere Ausführungsformen von Strombegrenzungselementen;Figures 8-19 show further embodiments of current limiting elements;

Figur 20a eine Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schutz gegen Überströme.Figure 20a is a cross-sectional view of a device according to the invention for protection against overcurrents.

Figur 20b die in Figur 20a dargestellte, in einer elektrischen Schaltung angeordnete Vorrichtung;Figure 20b shows the device shown in Figure 20a arranged in an electrical circuit;

Figur 20C ein Diagramm zum Darstellen des Zusammenhangs zwischen i(A) und t(ms);Figure 20C is a diagram showing the relationship between i(A) and t(ms);

Figur 21a eine geringfügig modifizierte Ausführungsform der in Figur 20a dargestellten Vorrichtung;Figure 21a shows a slightly modified embodiment of the device shown in Figure 20a;

Figur 21b eine Seitenansicht der in Figur 21a dargestellten Vorrichtung;Figure 21b is a side view of the device shown in Figure 21a;

Figuren 22a und 22b geringfügig abgeänderte Ausführungsformen der in den Figuren 20a und 20b dargestellten Aus führungs formen;Figures 22a and 22b show slightly modified embodiments of the embodiments shown in Figures 20a and 20b;

Figuren 23a und 23b modifizierte Ausführungsformen der in Figur 22 dargestellten Vorrichtung;Figures 23a and 23b show modified embodiments of the device shown in Figure 22;

Figuren 24a und 24b eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;Figures 24a and 24b show a particularly preferred embodiment of the device according to the invention;

Figur 24c eine Kurve zum Darstellen des Zusammenhangs zwischen R(Ω) und X(m); undFigure 24c is a curve showing the relationship between R(Ω) and X(m); and

Figuren 25a-d Anordnungen in einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung;Figures 25a-d show arrangements in a further embodiment of a protective device according to the invention;

Figur 6 zeigt ein Strombegrenzungselement gemäß einer der in Figur 1b dargestellten Anordnung analogen Anordnung. Das Strombegrenzungselement weist auf: einen mittig angeordneten Körper 10 in der Form eines homogenen Zylinders mit einem Durchmesser von 3mm und einer Länge von lomm, der aus einem verformbaren elektrisch leitfähigen Elastomer besteht, das z.B. 80 Gew.-% Silberpulver und 20 Gew.-% Silikonkunststoff aufweist, und zwei zueinander parallele Elektroden 11, 12, die tangential zum Körper und an entgegengesetzten Seiten davon angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Elastomerkörper 10 eine Shorehärtezahl von 40 gemäß BS 903/A26 auf. Die Elektrdden 11, 12 bestehen aus winklig angeordneten, silberbeschichteten Kupferplatten mit einer Dicke von 0,7mm. Die Elektroden werden durch eine Federvorrichtung 14 anliegend an den Körper 10 gehalten, die in bekannter Weise Druck auf die Elektroden 11, 12 ausübt und dadurch die Anstoßflächen 10', 10" des Körpers gegen die jeweiligen Elektroden verformt, wobei diese Verformung etwa 30% beträgt. Die Empfindlichkeit oder das Ansprechverhalten der Anordnung kann erhöht werden, wenn eine Abstoßungsvorrichtung 13 der Art vorgesehen ist, die beispielsweise in der GB-A-1519559 oder in der GB-A-1489010 beschrieben ist, oder die Elektroden können so konstruiert sein, daß sie selbst abstoßende elektrodynamische Stromkräfte erzeugen.Figure 6 shows a current limiting element according to an arrangement analogous to that shown in Figure 1b. The current limiting element has: a centrally arranged Body 10 in the form of a homogeneous cylinder with a diameter of 3mm and a length of 10mm, consisting of a deformable electrically conductive elastomer comprising, for example, 80% by weight silver powder and 20% by weight silicone plastic, and two mutually parallel electrodes 11, 12 arranged tangentially to the body and on opposite sides thereof. In the embodiment shown, the elastomer body 10 has a Shore hardness of 40 according to BS 903/A26. The electrodes 11, 12 consist of angularly arranged silver-coated copper plates with a thickness of 0.7mm. The electrodes are held adjacent to the body 10 by a spring device 14 which exerts pressure on the electrodes 11, 12 in a known manner and thereby deforms the abutment surfaces 10', 10" of the body against the respective electrodes, this deformation being about 30%. The sensitivity or responsiveness of the arrangement can be increased by providing a repulsion device 13 of the type described, for example, in GB-A-1519559 or in GB-A-1489010, or the electrodes can be designed to generate repulsive electrodynamic current forces themselves.

Alternativ kann die Abstoßungsvorrichtung 13 eine selbstaktivierende magnetische Schaltung der in der US-A- 4513270 beschriebenen Art sein, die dafür vorgesehen ist, nur auf eine Elektrode zu wirken, und die so gesteuert ist, daß sich die Elektroden unter der Wirkung magnetischer Kräfte oder elektrodynamischer Stromkräfte voneinander trennen. Der Widerstand über die Vorrichtung beträgt 2mΩ. Wenn die Vorrichtung hohen Kurzschlußströmen, vorzugsweise Strömen von über 50A und insbesondere über 500A, ausgesetzt ist, wird die Stromdichte in den verformten Anstoßflächen (10', 10") ansteigen, wodurch der Widerstand im Element auf 100mΩ oder mehr ansteigt. Dies ist ausreichend, um Kurzschlußströme in Niederspannungssystemen zu begrenzen, was durch die bevorzugte Anordnung von Figur 6 und die in Figur 3 dargestellte Schaltung erreicht wird, durch die die Kurzschlußströme begrenzt und das in Figur 4 dargestellte Strom-Zeit- Diagram erzeugt werden.Alternatively, the repulsion device 13 may be a self-activating magnetic circuit of the type described in US-A-4513270, intended to act on one electrode only and controlled so that the electrodes separate from each other under the action of magnetic forces or electrodynamic current forces. The resistance across the device is 2mΩ. When the device is subjected to high short circuit currents, preferably currents in excess of 50A and especially in excess of 500A, the current density in the deformed abutment surfaces (10', 10") will increase, increasing the resistance in the element to 100mΩ or more. This is sufficient to limit short circuit currents in low voltage systems, which is achieved by the preferred arrangement of Figure 6 and the arrangement shown in Figure 3. circuit is achieved by which the short-circuit currents are limited and the current-time diagram shown in Figure 4 is generated.

Figur 7 zeigt ein Strombegrenzungselement, das dem in Figur 6 und Figur 1c dargestellten Element ähnlich ist, außer daß der Elastomerkörper 20 kein homogener Körper ist. Der Körper der Ausführungsform von Figur 7 weist eine Ausnehmung 9 auf, durch die die Verformung des Elastomerkörpers in Abhängigkeit von den Abmessungen der Ausnehmung auf 30% oder mehr vergrößert werden kann. Daher kann ein Material mit verhältnismäßig hoher Shorehärtezahl verwendet werden, wie beispielsweise einer Shorehärtezahl von 80. Der Körper 20 ist vorzugsweise verformbar, so daß die erhaltene konvexe Anstoßfläche 9' in mechanischem Kontakt mit der Anstoßfläche 9" steht.Figure 7 shows a current limiting element similar to that shown in Figure 6 and Figure 1c, except that the elastomer body 20 is not a homogeneous body. The body of the embodiment of Figure 7 has a recess 9 through which the deformation of the elastomer body can be increased to 30% or more, depending on the dimensions of the recess. Therefore, a material with a relatively high Shore hardness number can be used, such as a Shore hardness number of 80. The body 20 is preferably deformable so that the resulting convex abutment surface 9' is in mechanical contact with the abutment surface 9".

Figur 8 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, wobei zwei elektrisch leitfähige Elastomerkörper 10a, 10b übereinander angeordnet sind, während die elektrisch leitfähigen Elastomerkörper 10a, 10b der Ausführungsform von Figur 9 nebeneinander angeordnet sind.Figure 8 shows an embodiment of the invention, wherein two electrically conductive elastomer bodies 10a, 10b are arranged one above the other, while the electrically conductive elastomer bodies 10a, 10b of the embodiment of Figure 9 are arranged next to each other.

Die Figuren 10a-b zeigen eine Vorrichtung, bei der ein elektrisch leitfähiger Elastomerkörper 10 gemäß Figur 7 zwischen zwei sich in Längsrichtung parallel zum Körper 10 erstreckenden Elektroden 11, 12 angeordnet ist. Der auf die Elektroden und die Anstoßflächen 10', 10" des Elastomerkörpers ausgeübte Druck wird durch die vorstehend beschriebene elastische Druckvorrichtung erhalten.Figures 10a-b show a device in which an electrically conductive elastomer body 10 according to Figure 7 is arranged between two electrodes 11, 12 extending in the longitudinal direction parallel to the body 10. The pressure exerted on the electrodes and the abutment surfaces 10', 10" of the elastomer body is obtained by the elastic pressure device described above.

Figur 11 zeigt eine Vorrichtung, bei der ein elektrisch leitfähiger Elastomerkörper 10 gemäß den Figuren 10a-b zwischen zwei Elektroden 11, 12 angeordnet ist. Eine ferromagnetische Abstoßungsschaltung 13 umgibt die sich in Längsrichtung erstreckenden Elektroden 11, 12 und den Elastomerkörper 10 und verstärkt den Abstoßungseffekt der Elektrode 11, wenn Überströme durch das Strombegrenzungselement fließen. Druck wird durch die vorstehend beschriebene elastische Druckvorrichtung auf die Elektroden und die Anstoßflächen 10', 10" des Elastomerkörpers ausgeübt.Figure 11 shows a device in which an electrically conductive elastomer body 10 according to Figures 10a-b is arranged between two electrodes 11, 12. A ferromagnetic repulsion circuit 13 surrounds the longitudinally extending electrodes 11, 12 and the elastomer body 10 and reinforces the repulsion effect of the electrode 11 when excess currents flow through the current limiting element. Pressure is applied by the elastic Pressure device is exerted on the electrodes and the abutment surfaces 10', 10" of the elastomer body.

Figur 12 zeigt eine Vorrichtung, die analog zu der in den Figuren 10a-b dargestellt Vorrichtung ist, außer daß der elektrisch leitfähige Elastomerkörper 10 halbzylinderförmig ist und mit Hilfe eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs fest an der Elektrode 12 verankert werden kann, oder freiliegen kann.Figure 12 shows a device which is analogous to the device shown in Figures 10a-b, except that the electrically conductive elastomer body 10 is semi-cylindrical and can be firmly anchored to the electrode 12 by means of an electrically conductive adhesive, or can be exposed.

Figur 13 zeigt eine Vorrichtung, bei der zwei elektrisch leitfähige Elastomerkörper 10a, 10b zwischen zwei Elektroden 11, 12 angeordnet sind, zwischen denen zwei weitere Elastomerkörper 10c bzw. 10d angeordnet sind, wobei diese weiteren Körper die Elektroden 11, 12 umgeben. Druck wird durch die vorstehend erwähnte, bekannte Druckvorrichtung auf die Elektroden und insbesondere auf die mit konvexen Endflächen versehenen Elastomerkörper ausgeübt.Figure 13 shows a device in which two electrically conductive elastomer bodies 10a, 10b are arranged between two electrodes 11, 12, between which two further elastomer bodies 10c and 10d are arranged, whereby these further bodies surround the electrodes 11, 12. Pressure is exerted by the above-mentioned known pressure device on the electrodes and in particular on the elastomer bodies provided with convex end surfaces.

Figur 14 zeigt eine weitere Ausführungsform, die den Ausführungsformen von Figur 12 und Figur 9 entsprechen, wobei die die Elektroden 11, 12 umgebenden Elastomerkörper loc, 16a bzw. 10d, 16b jeweils elektrisch leitfähiges Elastomer 10c, 10d und elektrisch isolierendes Elastomer 16a, 16b aufweisen. Die entsprechenden Elastomerkörper 10c, 16a und 10d, 16b sind vorteilhaft in einer zweiteiligen Form geformt bzw. gegossen, so daß die Elastomerkörper gegenseitig verbunden sind, und die Elektroden sind elektrisch isoliert. Die elektrischen Verbindungen zu den Elektroden sind in der Figur nicht dargestellt.Figure 14 shows a further embodiment that corresponds to the embodiments of Figure 12 and Figure 9, wherein the elastomer bodies 10c, 16a and 10d, 16b surrounding the electrodes 11, 12 each comprise electrically conductive elastomer 10c, 10d and electrically insulating elastomer 16a, 16b. The corresponding elastomer bodies 10c, 16a and 10d, 16b are advantageously molded or cast in a two-part mold, so that the elastomer bodies are mutually connected and the electrodes are electrically insulated. The electrical connections to the electrodes are not shown in the figure.

Figur 15 zeigt eine Vorrichtung gemäß den Figuren 6 und 7, wobei zwei elektrisch isolierende Polyethylenkörper 15a, 15b parallel zu einem elektrisch leitfähigen Elastomerkörper 10 angeordnet sind. Wenn die Vorrichtung Druck ausgesetzt wird, wie durch die auf die Elektroden 11, 12 wirkende Kraft F symbolisiert ist, wird der Körper 10 verformt und liegt dadurch an den definierenden Flächen 15a' und 15b' der elektrisch isolierenden Körper an. Auf diese Weise wird eine elektrische Isolierung erhalten, durch die ein Überschlag im Fall eines Kurzschlusses verhindert wird, während gleichzeitig der elektrisch leitfähige Elastomerkörper nicht herausfließen kann, was sonst ein allgemeines Problem ist.Figure 15 shows a device according to Figures 6 and 7, wherein two electrically insulating polyethylene bodies 15a, 15b are arranged parallel to an electrically conductive elastomer body 10. When the device is subjected to pressure, as symbolized by the force F acting on the electrodes 11, 12, the body 10 is deformed and thereby rests against the defining surfaces 15a' and 15b' of the electrically insulating bodies. In this way, a electrical insulation that prevents arcing in the event of a short circuit, while at the same time preventing the electrically conductive elastomer body from leaking out, which is otherwise a common problem.

Figur 16 zeigt eine Vorrichtung, bei der der elektrisch leitfähige Elastomerkörper 10 mehrere konvexe verformbare Anstoßflächen 10a', 10b', 10c', 10d' aufweist und aus mehreren integrierten Elastomerkörpern gemäß früheren Figuren gebildet wird. Der Elastomerkörper 10 ist zusammenhängend und homogen.Figure 16 shows a device in which the electrically conductive elastomer body 10 has several convex deformable abutment surfaces 10a', 10b', 10c', 10d' and is formed from several integrated elastomer bodies according to previous figures. The elastomer body 10 is continuous and homogeneous.

Figur 17 zeigt eine Vorrichtung, bei der der elektrisch leitfähige Elastomerkörper 10 eine "keilförmige" konvexe verformbare Anstoßfläche aufweist und aus mehreren integrierten Elastomerkörper gemäß früheren Figurern gebildet sein kann.Figure 17 shows a device in which the electrically conductive elastomer body 10 has a "wedge-shaped" convex deformable abutment surface and can be formed from several integrated elastomer bodies according to previous figures.

Der Elastomerkörper 10 ist daher zusammenhängend, und es können mehrere konvexe Oberflächen aktiviert werden, indem beispielsweise der Druck durch die Druckvorrichtung (14) erhöht wird.The elastomer body 10 is therefore continuous and several convex surfaces can be activated, for example by increasing the pressure by the pressure device (14).

Die Figuren 18a-b zeigen eine Vorrichtung, die zwei elektrisch leitfähige Elastomerkörper 20a, 20b mit konvexen verformbaren Anstoßflächen 20a', 20b' und zwei Elektroden 11, 12 aufweist. Die Elektroden sind von konzentrischen, elektrisch leitfähigen Elastomerkörpern 20a, 20b umgeben, deren Anstoßflächen 20a', 20b' in mechanischem Kontakt miteinander stehen. Die Anstoßflächen 20a', 20b' werden durch den durch eine Druckvorrichtung 14 ausgeübten Druck verformt. Die Elektroden 11, 12 weisen jeweils eine elektrische Verbindungseinrichtung 31 und 32 auf.Figures 18a-b show a device that has two electrically conductive elastomer bodies 20a, 20b with convex, deformable abutment surfaces 20a', 20b' and two electrodes 11, 12. The electrodes are surrounded by concentric, electrically conductive elastomer bodies 20a, 20b, whose abutment surfaces 20a', 20b' are in mechanical contact with one another. The abutment surfaces 20a', 20b' are deformed by the pressure exerted by a pressure device 14. The electrodes 11, 12 each have an electrical connection device 31 and 32.

Figur 19 zeigt eine Vorrichtung, bei der die elektrisch leitfähigen Elastomerkörper 10a1, 10a2, 10a3, 10a4 konvexe Oberflächen aufweisen, die senkrecht zu den konvexen definierenden Oberflächen der elektrisch leitfähigen Körper 10b1, 10b2, 10b3, 10b4 ausgerichtet sind. Die Vorrichtung weist zwei Elektroden 11, 12 auf, um Strom durch diese hindurch zu leiten, wobei durch eine Druckvorrichtung Druck auf die Elektroden ausgeübt wird, um die Anstoßflächen (10a1 ... 10b1 ...) zu verformen.Figure 19 shows a device in which the electrically conductive elastomer bodies 10a1, 10a2, 10a3, 10a4 have convex surfaces which are oriented perpendicular to the convex defining surfaces of the electrically conductive bodies 10b1, 10b2, 10b3, 10b4. The device has two electrodes 11, 12 for passing current through them. to conduct, wherein pressure is exerted on the electrodes by a pressure device in order to deform the abutment surfaces (10a1 ... 10b1 ...).

Im Rahmen der beigefügten Patentansprüche sind Modifikationen denkbar. Beispielsweise kann die Anzahl der aufeinander angeordneten elektrisch leitfähigen Elastomerkörper gemäß Figur 8 wesentlich größer sein als dargestellt.Modifications are conceivable within the scope of the appended patent claims. For example, the number of electrically conductive elastomer bodies arranged one on top of the other according to Figure 8 can be significantly greater than shown.

Figur 20a zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der zwei Thermistoren 15a und 15b auf Polymerbasis parallel zum Elastomerkörper 10 geschaltet sind. Außerdem ist ein fester Widerstand 16a, 16b vorgesehen. Figur 20b zeigt ein Schaltungsdiagramm, in dem die gestrichelte Linie die gesamte Schutzvorrichtung, d.h. den Elastomerkörper, Elektroden, Widerstände und Thermistoren, symbolisiert.Figure 20a shows a device according to the invention in which two polymer-based thermistors 15a and 15b are connected in parallel to the elastomer body 10. In addition, a fixed resistor 16a, 16b is provided. Figure 20b shows a circuit diagram in which the dashed line symbolizes the entire protective device, i.e. the elastomer body, electrodes, resistors and thermistors.

Durch geeignetes wechselseitiges Dimensionieren der Komponenten 10, 15 und 16 der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Thermistor 15 auf Polymerbasis während eines Kurzschlusses als "energieabsorbierende Einrichtung" dienen. Das verhindert eine Überlastung des Elastomerkörpers 10. Der feste Widerstand 16 kann dann wesentlich größer sein, als in dem Fall, wenn der Thermistor 15 nicht vorhanden ist. Das wird gemäß den folgenden Energiebetrachtungen verständlich (vergl. Fig. 20C).By suitably dimensioning the components 10, 15 and 16 of the device according to the invention, the polymer-based thermistor 15 will serve as an "energy absorbing device" during a short circuit. This prevents overloading of the elastomer body 10. The fixed resistance 16 can then be significantly larger than in the case when the thermistor 15 is not present. This will be understood according to the following energy considerations (see Fig. 20C).

Die magnetische Energie, wenn der Strom den Wert ii. erreicht, beträgtThe magnetic energy when the current reaches the value ii. is

W1 = L*i1**2/2W1 = L*i1**2/2

Die magnetische Energie, wenn der Strom den Wert i2 erreicht, beträgtThe magnetic energy when the current reaches the value i2 is

W1 = L*i2**2/2W1 = L*i2**2/2

Die magnetische Energie, wenn der Strom i3 erreicht, istThe magnetic energy when the current reaches i3 is

W1 = L*i3**2/2W1 = L*i3**2/2

Die Energie, die beim Übergang von einem Zustand mit niedrigem spezifischen Widerstand zu einem Zustand mit hohem spezifischen Widerstand durch den Elastomerkörper 10 absorbiert wird, beträgt W1_2 = W1 - W2. Da der Thermistor auf Polymerbasis während des Übergangsstadiums einen niedrigen spezifischen Widerstand haben darf, wird W1_2 « W1 - W3 = W1_3 sein, wobei W1_3 die Energie ist, die durch dem Elastomerkörper 10 absorbiert wird, wenn kein Thermistor auf Polymerbasis vorhanden ist. Das Strombegrenzungselement gemäß Figur 20 ist leicht an Schaltungen anpaßbar, die übergeordnete und untergeordnete Kurzschlußschutzvorrichtungen aufweisen, d.h., in denen leicht eine vollständige Selektivität oder Auswahlmöglichkeit, z.B. in Verteilungssystemen im Niederspannungsbereich, erreicht werden kann. Durch die in Figur 20 dargestellt Ausführungsform kann außerdem der Elastomerkörper 10 dünner ausgebildet sein, d.h., der Abstand zwischen den Elektroden 11 und 12 kann verringert werden. Diese Tatsache wird in der in Figur 21 dargestellt Ausführungsform ausgenutzt.The energy absorbed by the elastomer body 10 during the transition from a state with low specific resistance to a state with high specific resistance is W1_2 = W1 - W2. Since the thermistor is on Polymer-based thermistors may have a low resistivity during the transition stage, W1_2 « W1 - W3 = W1_3, where W1_3 is the energy absorbed by the elastomer body 10 when no polymer-based thermistor is present. The current limiting element according to Figure 20 is easily adaptable to circuits having superior and subordinate short-circuit protection devices, ie in which complete selectivity or choice can easily be achieved, eg in low-voltage distribution systems. The embodiment shown in Figure 20 also allows the elastomer body 10 to be made thinner, ie the distance between the electrodes 11 and 12 can be reduced. This fact is exploited in the embodiment shown in Figure 21.

Figur 21 zeigt eine der in Figur 20 dargestellten Vorrichtung entsprechende Vorrichtung, bei der der Elastomerkörper 10 wesentlich dünner ist als bei der Ausführungsform von Figur 20. Dadurch wird die Wärmeübertragung vom Elastomerkörper 10 auf die Elektroden verbessert, während gleichzeitig die Leistungserzeugung aufgrund des dünneren Elastomerkörpers verringert wird. D.h., daß der Nennstrom des Strombegrenzungselements erhöht werden kann. Figur 21b zeigt eine Seitenansicht des Strombegrenzungselements. Die Elektrode 12 wurde in mehrere Elektroden "aufgespalten", die durch 12', 12", 12''', 12'''' bezeichnet sind. Dadurch wird ein Strombegrenzungselement erhalten, das während eines Kurzschlusses empfindlicher ist, weil im wesentlichen adiabatische Bedingungen vorherrschen. Diese Empfindlichkeit des Strombegrenzungselements wird erhöht durch die "Ventilwirkung", die durch die Ströme 30 in Figur 21b, und die Flächen 31, wo eine Stromverdrängung auftritt, angezeigt wird.Figure 21 shows a device corresponding to the device shown in Figure 20, in which the elastomer body 10 is significantly thinner than in the embodiment of Figure 20. This improves the heat transfer from the elastomer body 10 to the electrodes, while at the same time reducing the power generation due to the thinner elastomer body. This means that the rated current of the current limiting element can be increased. Figure 21b shows a side view of the current limiting element. The electrode 12 has been "split" into several electrodes, designated by 12', 12", 12''', 12''''. This provides a current limiting element that is more sensitive during a short circuit because essentially adiabatic conditions prevail. This sensitivity of the current limiting element is increased by the "valving" effect indicated by the currents 30 in Figure 21b, and the areas 31 where current displacement occurs.

Figur 22a zeigt eine den Vorrichtungen der Figuren 20-21 entsprechende Vorrichtung, wobei der feste Widerstand 15 zwei Erregerwicklungen oder eine beispielsweise in autonatischen Sicherungen (MCB) vorgesehene, bekannte Schlagstiftvorrichtung aufweist. Die Schlagstiftvorrichtung oder die Erregerwicklungen aktivieren ein Kontaktsystem 50 entweder direkt 40 oder indirekt 41 über einen Mechanismus gemäß Figur 22b, so daß der Stromkreis unterbrochen wird.Figure 22a shows a device corresponding to the devices of Figures 20-21, wherein the fixed resistor 15 comprises two excitation windings or one, for example in automatic fuses (MCB). The striker device or the excitation windings activate a contact system 50 either directly 40 or indirectly 41 via a mechanism according to Figure 22b, so that the circuit is interrupted.

Figur 23 zeigt eine der Vorrichtung von Figur 22 entsprechende Vorrichtung. Im Unterschied zur Ausführungsform von Figur 22 wirken die Erregerwicklungen bzw. die Schlagstiftvorrichtung auf mindestens eine Elektrode 11, 12. Dies ist durch den Pfeil 45 in Figur 23 symbolisiert. Die Elektroden werden dadurch während eines Kurzschlusses gegeneinander verschoben. Der Elastomerkörper wird dadurch miteinbezogen, was sich beispielsweise hinsichtlich der Rückstellzeit zu einem Zustand mit niedrigem Widerstand, als vorteilhaft, herausgestellt hat. Natürlich können bestimmte Windungen der Wicklungen mit dem Elastomerkörper in Serie geschaltet sein, um die Empfindlichkeit bzw. das Ansprechvermögen des Elastomerkörpers 10 zu erhöhen (vergl. Figur 23b (45') und (45")).Figure 23 shows a device corresponding to the device in Figure 22. In contrast to the embodiment in Figure 22, the excitation windings or the striking pin device act on at least one electrode 11, 12. This is symbolized by the arrow 45 in Figure 23. The electrodes are thereby displaced against each other during a short circuit. The elastomer body is thereby included, which has proven to be advantageous, for example, with regard to the reset time to a state with low resistance. Of course, certain turns of the windings can be connected in series with the elastomer body in order to increase the sensitivity or the responsiveness of the elastomer body 10 (see Figure 23b (45') and (45")).

Die Figuren 24 (a-c) zeigen eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines in der Vorrichtung vorgesehenen Thermistors isa, lsb auf Polymerbasis. Der Widerstand eines infinitesimalen Elements der Querschnittsfläche dA verändert sich wie durch die Kurve in Figur 24c dargestellt. Beim Auftreten eines Kurzschlusses wird zuerst das Polymermaterial in an den Elastomerkörper 10 angrenzenden Bereichen von einem Zustand mit niedrigem spezifischen Widerstand in einen Zustand mit hohem spezifischen Widerstand übergehen. Dieser Prozeß dauert an, bis der gesamte Thermistor 15 "durchgeschaltet" ist, wenn die Schaltung nicht vorher unterbrochen wurde. Dies führt zu einer allmählichen Stromänderung (vgl. Figuren 20a-c) und einen verbesserten energieabsorbierenden Thermistor.Figures 24 (a-c) show a particularly preferred embodiment of a polymer-based thermistor isa, lsb provided in the device. The resistance of an infinitesimal element of the cross-sectional area dA changes as shown by the curve in Figure 24c. When a short circuit occurs, the polymer material in areas adjacent to the elastomer body 10 will first change from a low resistivity state to a high resistivity state. This process continues until the entire thermistor 15 is "switched on" if the circuit has not been interrupted beforehand. This results in a gradual current change (see Figures 20a-c) and an improved energy-absorbing thermistor.

Die Figuren 25a-d zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, wobei eine interne Erregervorrichtung 13 durch Elektroden 11 und 12 mit spiralförmiger Struktur gebildet wird. In diesem Fall treten Abstoßungskräfte Fr zwischen den Elektroden 11 und 12 auf, wenn Kurzschlußströme durch die Elektroden fließen. Diese abstoßenden Kräfte bewirken eine wechselseitige Trennung der Elektroden, was zu einer größeren Emfindlichkeit der Überstromschutzvorrichtung führt. Die Empfindlichkeit oder das Ansprechvermögen von kaskadengekoppelten Elementen kann mit Hilfe separater Verbindungsvorrichtungen 19a und 19b verändert werden, wie in den Figuren 25c-d dargestellt. Im Fall einer Reihenschaltung wird die Abstoßungskraft Fs bei gleichem Gesamtstrom etwa viermal größer als diejenige (Fp) bei Parallelschaltung.Figures 25a-d show an embodiment of the invention, wherein an internal excitation device 13 is electrodes 11 and 12 having a spiral structure. In this case, repulsive forces Fr occur between the electrodes 11 and 12 when short-circuit currents flow through the electrodes. These repulsive forces cause mutual separation of the electrodes, which leads to a greater sensitivity of the overcurrent protection device. The sensitivity or response of cascade-coupled elements can be varied by means of separate connecting devices 19a and 19b, as shown in Figures 25c-d. In the case of a series connection, the repulsive force Fs becomes approximately four times greater than that (Fp) in the case of a parallel connection for the same total current.

Claims

1. Device for protection against overcurrents in electrical circuits with at least one electrically conductive body (10) and two electrodes (11, 12) which are intended to conduct circuit current through the body and each of which adjoins or abuts the body (10) at corresponding positions either directly or via the intermediate piece of an intermediate part, and in which the abutment pressure is achieved via the medium of a pressure device (14), characterized in that the body (10) contains elastomer, that the body (10) and/or at least one electrode/intermediate part is curved in the absence of pressure and is deformed by the pressure device (14) at corresponding abutment locations under the action of pressure, so that the abutment or abutment surface is reduced with overcurrents flowing through, that the electrode/intermediate part also contains elastomer, and that the device in parallel connection to the elastomer body (10) also has a resistance (15a, 15b, 16a, 16b) and/or a capacitance.

2. Device according to claim 1, characterized in that the elastomer body (10) contained in the device has a Shore number between 20 and 80.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the resistor is a polymer-based thermistor (15).

4. Device according to claim 3, characterized in that the thermistor has a resistance characteristic (18) which increases with the distance from the elastomer body (10).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the pressure device (14) is resilient and that the impact pressure applied by the pressure device is preferably adjustable.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one resistor (16) is an excitation device which has at least one coil (16', 16") for activating a contact device (50) and/or one of the electrodes (11, 12).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pressure device (14) has a spring mechanism which has two mechanically stable equilibrium states "on" and "off", and that at least one electrode (11a) is mechanically connected to the spring mechanism (14) for galvanic isolation between the electrodes (11 and 12).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the electrodes (11, 12) are designed so that they repel each other under the influence of short-circuit currents.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the electrodes (11, 12) are provided with ferromagnetic circuits (13) which serve to amplify the repulsive force between the electrodes.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one of the electrodes (11, 12) is divided into different electrodes (12', 12", 12''', 12""), of which at least one covers a limited part (31) of the entire surface of the elastomer body (10).

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that elastomer bodies (20a, 20b) extend over the electrodes (11, 12).

12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the pressure device (14) serves to compress the elastomer body (10) by at least 5%, preferably by 5 to 40% if the body is homogeneous.

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the elastomer body (10) has a recess (9).