DE69509774T2

DE69509774T2 - OVERCURRENT PROTECTION DEVICE FOR ELECTRICAL CIRCUITS

Info

Publication number: DE69509774T2
Application number: DE69509774T
Authority: DE
Inventors: Tomas Hansson; Per Karlstroem
Original assignee: SELDIM I VAESTERAS AB
Current assignee: SELDIM I VAESTERAS AB
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1995-06-15
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2015-06-16
Also published as: EP0767981A1; SE9401379L; DE69509774D1; SE9401379D0; SE514775C2; EP0767981B1; WO1995034931A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die dazu vorgesehen ist, Überströme in elektrischen Schaltungen zu verhindern, und mindestens einen elektrisch leitenden elastomeren Körper sowie zwei Elektroden umfaßt, welche dazu vorgesehen sind, einen Schaltungsstrom durch den Körper zu leiten, und so ausgebildet sind, daß sie sich unter dem Einfluß eines Kurzschlußstroms gegenseitig abstoßen, wobei jede Elektrode in Anlage an dem elastomeren Körper an einer entsprechenden Position steht, und zwar entweder direkt oder unter Einfügung eines Zwischenteils, und wobei ein Anlagedruck mittels einer Drückeinrichtung erhalten wird, welche den elastomeren Körper an jeweiligen Anlagestellen zu verformen sucht.The invention relates to a device intended to prevent overcurrents in electrical circuits and comprising at least one electrically conductive elastomeric body and two electrodes intended to conduct a circuit current through the body and designed to repel each other under the influence of a short-circuit current, each electrode being in contact with the elastomeric body at a corresponding position, either directly or with the insertion of an intermediate part, and an abutment pressure being obtained by means of a pressing device which seeks to deform the elastomeric body at respective abutment points.

Es ist bereits allgemein bekannt, daß elektrisch leitende elastomere Körper mit Elektroden zum Schutz gegen Überströme in elektrischen Schaltungen verwendet werden können. Diesbezüglich kann auf die schwedischen Patentanmeldungen Nr. 9201223-6 und Nr. 9203234-1 entsprechend der WO-A-93/21677 bzw. WO-A-94/10734 verwiesen werden.It is already generally known that electrically conductive elastomeric bodies with electrodes can be used for protection against overcurrents in electrical circuits. In this regard, reference can be made to Swedish patent applications No. 9201223-6 and No. 9203234-1 corresponding to WO-A-93/21677 and WO-A-94/10734, respectively.

Wenn ein Überstrom durch eine Einrichtung dieser Art fließt, tritt am Anlagedruckpunkt des üblicherweise konvexen elastomeren Körpers gegenüber einer Elektrode eine Verbrennung elektrisch leitender Teilchen auf. Die Relaxationszeit der Einrichtung (also die Zeit, die die Einrichtung braucht, um nach dem Überstrom von einem Zustand hohen Widerstands in einen Zustand niedrigen Widerstands und zur Stabilität zurückzukehren) ist oftmals sehr lang, normalerweise mehrere Stunden. Rückstandsprodukte, die an der Oberfläche des elastomeren Körpers während der durch den fließenden Überstrom verursachten Verbrennung entstehen, können auf den Elektroden verbleiben, was zu einem erhöhten Kontaktwiderstand führt. Wo die Verbrennung an der Oberfläche des elastomeren Körpers nach einer oder mehreren Strombegrenzungen stark genug ist, kann die Oberfläche des elastomeren Körpers nicht länger den gewünschten, akzeptablen Kontaktwiderstand nach der Relaxationsperiode bieten. Dies führt zu einer dramatischen Verringerung der elektrischen Lastkapazität. In extremen Fällen können sogar elektrische Bögen am Kontaktbereich auftreten, und es kann ein elektrischer Durchbruch im elastomeren Körper selbst stattfinden. In solchen Fällen wird die Einrichtung vollständig unbrauchbar gemacht. Diese Probleme können nun mittels einer wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Einrichtung vermieden werden, bei der der elastomere Körper und die Elektroden hinsichtlich ihrer Kontaktbereiche in einer flüssigen Umgebung - welche insbesondere eine pastöse Konsistenz besitzen kann - mit rückständelösenden Eigenschaften angeordnet sind und zudem ein Kontaktmittel in Form mindestens einer rasterartigen Schicht so angeordnet ist, daß es in Kontakt mit mindestens einer Elektrode und einem anliegenden elastomeren Körper und/oder zwischen zwei anliegenden elastomeren Körpern steht, wobei das Kontaktmittel eine erhöhte Kontaktwirkung insofern vorsieht, als die Schicht bei Druckaufbringung in den anliegenden elastomeren Körper einsinkt. Auf diese Weise wird die Wirkung der vorgenannten Rückstände minimiert, während gleichzeitig die elektrische Bogenbildung vermieden wird.When an overcurrent flows through a device of this type, combustion of electrically conductive particles occurs at the contact pressure point of the usually convex elastomeric body against an electrode. The relaxation time of the device (i.e. the time it takes for the device to return from a state of high resistance to a state of low resistance and to stability after the overcurrent) is often very long, usually several hours. Residual products formed on the surface of the elastomeric body during the combustion caused by the flowing overcurrent can be deposited on the Electrodes remain, resulting in increased contact resistance. Where the burning at the surface of the elastomeric body is severe enough after one or more current limitations, the surface of the elastomeric body can no longer provide the desired, acceptable contact resistance after the relaxation period. This results in a dramatic reduction in the electrical load capacity. In extreme cases, electrical arcing may even occur at the contact area, and electrical breakdown may occur in the elastomeric body itself. In such cases, the device is rendered completely unusable. These problems can now be avoided by means of a device as described in the preamble of claim 1, in which the elastomer body and the electrodes are arranged with regard to their contact areas in a liquid environment - which can in particular have a pasty consistency - with residue-dissolving properties and in addition a contact means in the form of at least one grid-like layer is arranged such that it is in contact with at least one electrode and an adjacent elastomer body and/or between two adjacent elastomer bodies, wherein the contact means provides an increased contact effect in that the layer sinks into the adjacent elastomer body when pressure is applied. In this way, the effect of the aforementioned residues is minimized, while at the same time electrical arcing is avoided.

Ein weiterer Nachteil, der auftritt, wenn mehrere Kontaktbereiche eines oder mehrerer elastomerer Körper in Reihe verbunden sind, ist, daß während eines Überstroms lediglich einer der Kontaktbereiche aktiviert ist. Dies bedeutet, daß die Spannungsquelle nicht zufriedenstellend verteilt ist, weswegen der aktivierte Bereich unnötig überbelastet wird. Die Spannungsfestigkeit der Einrichtung wird im Zustand hohen Widerstands gering, so daß sie vom aktivierten Bereich abhängig bleibt.Another disadvantage that occurs when several contact areas of one or more elastomeric bodies are connected in series is that during an overcurrent only one of the contact areas is activated. This means that the voltage source is not distributed satisfactorily, and therefore the activated area is unnecessarily overloaded. The dielectric strength of the device becomes low in the high resistance state, so that it remains dependent on the activated area.

Bei Einrichtungen, die relativ empfindlich sind, beispielsweise auf Abstoßungseinrichtungen der in der vorgenannten schwedischen Patentanmeldung Nr. 9201223-6 beschriebenen Art basieren, oder denen Abstoßungsausgestaltungen vollständig fehlen, hat sich gezeigt, daß eine Stromspitze unmittelbar dazu führt, daß der Widerstand der Einrichtung groß wird. Diese Stromspitze führt zu starken Überspannungen und resultiert so in Isolationsproblemen der Einrichtung.In devices that are relatively sensitive, for example based on repulsion devices of the type described in the above-mentioned Swedish patent application No. 9201223-6, or which lack repulsion features altogether, it has been found that a current peak immediately causes the resistance of the device to become large. This current peak leads to strong overvoltages and thus results in insulation problems in the device.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, eine Einrichtung bereitzustellen, die einen Schutz gegen Überströme in elektrischen Schaltungen bietet, wie im einleitenden Teil erwähnt, welche Einrichtung es möglich macht, die zuvor angesprochene Stromspitze zu beseitigen oder stark zu verringern. Dies beseitigt das vorerwähnte Problem in Verbindung mit bekannten Einrichtungen dieser Art. Das Ziel der Erfindung ist daher sicherzustellen, daß die Einrichtung toleranter wird und weit schwächer durch Überströme beeinträchtigt wird und so funktionsmäßig für eine sehr lange Zeit zufriedenstellend ist.A further object of the invention is to provide a device offering protection against overcurrents in electrical circuits, as mentioned in the introductory part, which device makes it possible to eliminate or greatly reduce the aforementioned current peak. This eliminates the aforementioned problem associated with known devices of this type. The object of the invention is therefore to ensure that the device becomes more tolerant and is much less affected by overcurrents and thus remains functionally satisfactory for a very long time.

Die Erfindung wird nun in näherer Einzelheit in Form verschiedener Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.The invention will now be explained in more detail in the form of various examples with reference to the accompanying drawings.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Querschnitts eines Typs einer bei der Erfindung verwendeten Strombegrenzungseinrichtung.Fig. 1 shows a cross-sectional side view of one type of current limiting device used in the invention.

Fig. 2 zeigt die gleiche Ansicht wie Fig. 1, jedoch in einem maßstabsgrößeren Schnitt, der zeigt, wie die Stromstriktion erhalten wird.Fig. 2 shows the same view as Fig. 1, but in a larger scale section showing how the current stricture is obtained.

Fig. 3 und 4 zeigen in zwei Schnitten zwei Ausführungsformen der bei der Erfindung verwendeten Strombegrenzungseinrichtung, mit der eine Stromstriktion erhalten wird.Fig. 3 and 4 show in two sections two embodiments of the current limiting device used in the invention, with which a current restriction is obtained.

Fig. 5 zeigt ein Strom-Zeit-Diagramm für eine bekannte Strombegrenzungseinrichtung und für die bei der Erfindung verwendete Strombegrenzungseinrichtung.Fig. 5 shows a current-time diagram for a known current limiting device and for the current limiting device used in the invention.

Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht eines Querschnitts einer weiteren Ausführungsform der neuen Strombegrenzungseinrichtung.Fig. 6 shows a side view of a cross section of another embodiment of the new current limiting device.

Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht eines Querschnitts noch einer weiteren Variante der neuen Einrichtung, bei der einige Komponenten der Anordnung in größerem Maßstab dargestellt sind.Fig. 7 shows a side view of a cross section of yet another variant of the new device, in which some components of the arrangement are shown on a larger scale.

Fig. 8 zeigt eine Seitenansicht eines Querschnitts einer weiteren Ausführungsform der bei der Erfindung verwendeten Einrichtung.Fig. 8 shows a side view of a cross section of another embodiment of the device used in the invention.

Fig. 9 und Fig. 10 zeigen eine weitere Variante der Einrichtung, wobei Fig. 9 eine Seitenansicht eines Querschnitts und Fig. 10 eine Längsseitenansicht der Einrichtung zeigen.Fig. 9 and Fig. 10 show a further variant of the device, whereby Fig. 9 shows a side view of a cross section and Fig. 10 shows a longitudinal side view of the device.

Fig. 11 zeigt eine Modifikation der in Fig. 9 und Fig. 10 gezeigten Strombegrenzungseinrichtung.Fig. 11 shows a modification of the current limiting device shown in Fig. 9 and Fig. 10.

Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht eines Querschnitts der Strombegrenzungseinrichtung, welche Ausbildung mehrere übereinander gestapelte Strombegrenzungseinrichtungen umfaßt.Fig. 12 shows a side view of a cross section of the current limiting device, which design comprises several current limiting devices stacked on top of each other.

Fig. 13 zeigt die in Fig. 12 gezeigte Strombegrenzungseinrichtung angeschlossen an einen elektrischen Schaltkreis.Fig. 13 shows the current limiting device shown in Fig. 12 connected to an electrical circuit.

Fig. 14 ist ein Diagramm, das die Spannungsverteilung der verschiedenen Strombegrenzungseinrichtungen bei der in Fig. 13 gezeigten Anordnung darstellt, undFig. 14 is a diagram showing the voltage distribution of the various current limiting devices in the arrangement shown in Fig. 13, and

Fig. 15 zeigt einen Querschnitt einer speziellen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strombegrenzungseinrichtung.Fig. 15 shows a cross section of a special preferred embodiment of the current limiting device according to the invention.

In den verschiedenen Figuren sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, obwohl die Teile nicht immer exakt gleich aussehen.In the different figures, corresponding parts are marked with the same reference numerals, although the parts do not always look exactly the same.

Bei allen folgenden Ausführungsformen der Erfindung ist insbesondere wichtig, daß der elastomere Körper und die Elektroden in Verbindung mit ihren gegenseitigen Druckpunkten in einer Flüssigkeit vorgefunden werden, für die im vorliegenden Fall eine Paste verwendet wurde. Dies gilt auch für die in den Fig. 1 - 4 und 6 - 13 gezeigten Ausführungsformen, obwohl es aus den Figuren nicht speziell klar ist, da die vorgenannten Figuren primär dazu vorgesehen sind, andere wichtige Details in Verbindung mit vorteilhaften Ausbildungen zu zeigen. Ein Beispiel einer Basisausbildung, die zeigt, daß sich der elastomere Körper und die Elektroden tatsächlich in einer Flüssigkeit befinden, folgt aus Fig. 15.In all the following embodiments of the invention it is particularly important that the elastomeric body and the electrodes in connection with their mutual pressure points are found in a liquid, for which in the present case a paste was used. This also applies to the embodiments shown in Figs. 1 - 4 and 6 - 13, although it is not particularly clear from the figures, since the aforementioned figures are primarily intended to show other important details in connection with advantageous embodiments. An example of a basic embodiment showing that the elastomeric body and the electrodes are actually in a liquid follows from Fig. 15.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausbildung sind die Hauptkomponenten ein zentral angeordneter elektrisch leitender elastomerer Körper 10 zusammen mit zwei Elektroden 12 und 14, von denen sich eine auf jeder Seite befindet. Wenn die Einrichtung an eine Schaltung angeschlossen wird, gibt es eine Stromleitung zwischen den Elektroden 12 und 14 über den elastomeren Körper 10. Die Figur zeigt nicht im Detail die Drückeinrichtung, die eine Anlagekraft zwischen den jeweiligen Elektroden 12 und 14 und dem elastomeren Körper 10 erzeugt; diese ist durch den F-Pfeil dargestellt. Es ist zu beachten, daß die Elektroden 12 und 14 stets in dieser Weise angeordnet sind, so daß sie sich während eines Kurzschlusses voneinander abstoßen. Dies kann geschehen, beispielsweise weil die Elektroden 12 und 14, die einander gegenübergestellt sind, eine durchgehende Form besitzen, wobei der elastomere Körper 10 zwischen den Elektroden angrenzend an eines von deren Enden angeordnet ist. Der Strom wird daher antiparallel durch die Elektroden 12 und 14 hindurchgehen, wie mit den Pfeilen in Fig. 1 gezeigt. Wenn also ein Überstrom fließt, werden die Anlagebereiche 16 und 18 zwischen den jeweiligen Elektroden 12 und 14 und dem elastomeren Körper 10 reduziert. In den Anlagebereichen 16 und 18 zwischen den Elektroden 12 und 14 und dem elastomeren Körper befinden sich, wie in Fig. 1 dargestellt, zur Vermehrung des gegenseitigen Kontakts elektrisch leitende Netze 20 und 22, die in Verbindung mit den jeweiligen Elektrodenoberflächen ausgebildet sind. Der direkt aufgebrachte Anlagedruck F über die Elektrode 12 stellt normalerweise sicher, daß zwischen den aufeinanderfolgenden Teilen 10, 12 und 14 ein guter Kontakt besteht, wodurch es für den Schaltungsstrom möglich ist, durch die Einrichtung zu fließen, soweit diese an eine externe elektrische Schaltung angeschlossen ist. Die Netze 20, 22 sinken aufgrund des Einflusses der Druckkraft F in den elastomeren Körper 10 ein, was zu dem Kontakteffekt zwischen den jeweiligen Elektroden 12 und 14 und den elektrisch leitenden Partikeln (hier nicht gezeigt) des elastomeren Körpers 10 beiträgt. Wenn nach dem Fließen des Überstroms die elektrisch leitenden Partikel an der Kontaktfläche zwischen dem elastomeren Körper und den Gittern verbrannt sind, läßt der Druck die Netze 20, 22 tiefer in den elastomeren Körper einsinken und so einen neuen Kontakt mit unversehrten elektrisch leitenden Partikeln darin herstellen. Auf diese Weise kehrt die Einrichtung in den Anfangszustand zurück, wenn der Strom geflossen und der Schaltkreis wieder geöffnet ist.In the embodiment shown in Figure 1, the main components are a centrally located electrically conductive elastomeric body 10 together with two electrodes 12 and 14, one on each side. When the device is connected to a circuit, there is a current conduction between the electrodes 12 and 14 via the elastomeric body 10. The figure does not show in detail the pressing device which creates an abutment force between the respective electrodes 12 and 14 and the elastomeric body 10; this is shown by the F arrow. It should be noted that the electrodes 12 and 14 are always arranged in this way so that they repel each other during a short circuit. This may happen, for example, because the electrodes 12 and 14, which are opposed to each other, are of a continuous shape, the elastomeric body 10 being arranged between the electrodes adjacent to one of their ends. The current is therefore passed anti-parallel through the electrodes 12 and 14 as shown by the arrows in Fig. 1. Thus, when an overcurrent flows, the contact areas 16 and 18 between the respective electrodes 12 and 14 and the elastomeric body 10 are reduced. In the contact areas 16 and 18 between the electrodes 12 and 14 and the elastomeric body, as shown in Fig. 1, there are electrically conductive nets 20 and 22 formed in connection with the respective electrode surfaces to increase mutual contact. The directly applied contact pressure F across the electrode 12 normally ensures that there is good contact between the successive parts 10, 12 and 14, thereby allowing the circuit current to flow through the device insofar as it is connected to an external electrical circuit. The grids 20, 22 sink into the elastomeric body 10 due to the influence of the pressure force F, which contributes to the contact effect between the respective electrodes 12 and 14 and the electrically conductive particles (not shown here) of the elastomeric body 10. When, after the overcurrent has flowed, the electrically conductive particles at the contact surface between the elastomeric body and the grids have been burned, the pressure causes the grids 20, 22 to sink deeper into the elastomeric body and thus make new contact with intact electrically conductive particles therein. In this way, the device returns to the initial state when the current has flowed and the circuit is opened again.

Mit der neuen Strombegrenzungseinrichtung ist es nunmehr möglich, die Relaxationszeit erheblich zu verringern, in diesem Fall eine Sache von Sekunden. Wenn die Netze 20, 22 vollständig in den elastomeren Körper eingetaucht sind, kommen die Oberflächen der Elektroden zwischen den Maschen der Netze 20, 22 in Kontakt mit den unbeschädigten Elastomerflächen, was zusätzlich zur Erhöhung der Lebensdauer der Einrichtung beiträgt. Durch die Einfügung der Gitter 20, 22 wird auch die Empfindlichkeit der Einrichtung größer, was zu einer Abnahme der Stromspitzen führt.With the new current limiting device it is now possible to reduce the relaxation time considerably, in this case a matter of seconds. When the grids 20, 22 are completely immersed in the elastomer body, the surfaces of the electrodes between the meshes of the grids 20, 22 come into contact with the undamaged elastomer surfaces, which also contributes to increasing the service life of the device. The insertion of the grids 20, 22 also increases the sensitivity of the device, which leads to a reduction in current peaks.

Fig. 5 stellt die Strom-Zeit-Kurve für eine Einrichtung dar, die das vorstehend beschriebene Netz nicht enthält - durchgezogene Linie. Die zuvor angesprochene Stromspitze ist deutlich sichtbar, fehlt jedoch vollständig in der Kurve - gestrichelte Linie -, die in derselben Figur die Version der Erfindung mit einem Netz betrifft. Eine mögliche Erläuterung der erhöhten Empfindlichkeit, die mit Hilfe des Netzes erzielt wird, kann die Wechselwirkung sein, die durch Stromstriktion in Verbindung mit dem Netz entsteht. Dieser Zusammenhang ist mit wünschenswerter Klarheit in Fig. 2 gezeigt, wo die Stromlinien in elektrisch leitenden Maschendrähten 24 komprimiert sind, welche in den Netzen 20 bzw. 22 enthalten sind.Fig. 5 shows the current-time curve for a device that does not contain the above-described net - solid line. The previously mentioned current peak is clearly visible, but is completely absent from the curve - dashed line - which in the same figure concerns the version of the invention with a net. A possible explanation of the increased sensitivity achieved by means of the net may be the interaction caused by current stricture in connection with the net. This relationship is shown with desirable clarity in Fig. 2, where the current lines are compressed in electrically conductive mesh wires 24 contained in the nets 20 and 22 respectively.

Eine Stromstriktion kann in stärkerem Maße mit Hilfe der in Fig. 3 gezeigten Strombegrenzungseinrichtung erzielt werden, wo die Passage, durch die der Strom in der Einrichtung hindurchgehen soll, an mindestens einer Kontaktstelle 13 zwischen dem Netz 20 und der Elektrode 12 bzw. dem elastomeren Körper 10 reduziert ist. In diesem Zusammenhang sind die äußeren Teile der Elektrode 12, die dem elastomeren Körper 10 zugewandt sind, durch eine Isolierung 11 abgedeckt. Die Kontakteinrichtung 20 ist mittig in bezug auf die angrenzende Elektrode 12 und den elastomeren Körper 10 angeordnet. Auf diese Weise wird die erhöhte Stromdichte im elastomeren Körper 10 erhalten. Da die Elektrode 12 und das Netz 20 eine sehr gute thermische Leitfähigkeit und eine hohe thermische Masse besitzen, ist der Temperaturanstieg unter Normalbedingungen vernachlässigbar. Eine Zunahme des Widerstands bei normalen momentanen Überbelastungen, beispielsweise bei Starten einer Maschine usw., wird es nicht geben. Wenn ein Kurzschluß auftritt, wenn größere Überströme auftreten, wird durch Erhitzung (Wärmeinhalte) erheblich mehr Energie zu dem Kontaktbereich 13 hingeliefert als abgegeben. Die Temperatur nimmt auf diese Weise dramatisch zu, wodurch ein abrupter Anstieg des Widerstands hervorgerufen wird. Bei der beschriebenen Ausbildung gibt es auch eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Kurzschlußströmen in der Einrichtung bei beibehaltenen Qualitäten während normalen Gebrauchs.Current restriction can be achieved to a greater extent by means of the current limiting device shown in Fig. 3, where the passage through which the current in the device is to pass is reduced at at least one contact point 13 between the mesh 20 and the electrode 12 or the elastomeric body 10. In this connection, the outer parts of the electrode 12 facing the elastomeric body 10 are covered by an insulation 11. The contact device 20 is arranged centrally with respect to the adjacent electrode 12 and the elastomeric body 10. In this way, the increased current density in the elastomeric body 10 is obtained. Since the electrode 12 and the mesh 20 have a very good thermal conductivity and a high thermal mass, the temperature increase is negligible under normal conditions. There will be no increase in resistance during normal momentary overloads, such as when starting a machine, etc. When a short circuit occurs, when large overcurrents occur, considerably more energy is delivered to the contact area 13 than is given off by heating (heat content). The temperature thus increases dramatically, causing an abrupt increase in resistance. With the design described, there is also an increased sensitivity to short circuit currents in the device while maintaining qualities during normal use.

Eine weitere Modifikation der Einrichtung ist in Fig. 4 gegeben, wo die Passage des Stroms, der durch die Einrichtung hindurchgehen soll, mittels mindestens eines Kontaktbereichs 13 zwischen der Elektrode 12 und dem Netz 20 reduziert ist. Bei dieser Gestaltung sind wie bei der in Fig. 3 gezeigten Ausbildung Isolatoren 11' - 11" an den Endteilen der Elektrode 12 angeordnet, wobei die Elektrode mittig zwischen den Isolatoren vorsteht. Das Netz 20 ist über beide Isolationen 11' und 11" und den Mittelabschnitt der Elektrode 12 gezogen. Auf diese Weise kann der Strom durch das Netz 20 teilweise quer fließen, wie in der Figur gezeigt. Um die Empfindlichkeit der Anordnung weiter zu schützen, sollte das Netz 20 vorzugsweise ein Material mit einem wesentlichen höheren spezifischen Widerstand als dem spezifischen Widerstand des elektrisch leitenden Füllmaterials des elastomeren Körpers 10 umfassen. Das Material des Netzes 10 kann beispielsweise rostfreier Stahl sein, während das Füllmaterial Silber oder ein ähnliches widerstandsarmes Material sein kann.A further modification of the device is given in Fig. 4, where the passage of the current to pass through the device is reduced by means of at least one contact area 13 between the electrode 12 and the mesh 20. In this design, as in the embodiment shown in Fig. 3, insulators 11' - 11" are arranged at the end parts of the electrode 12, with the electrode projecting centrally between the insulators. The mesh 20 is drawn over both insulations 11' and 11" and the central portion of the electrode 12. In this way, the current can flow partially transversely through the mesh 20, as shown in the figure. To further protect the sensitivity of the device, the mesh 20 should preferably comprise a material with a substantially higher resistivity than the resistivity of the electrically conductive filler material of the elastomeric body 10. The material of the mesh 10 can be, for example, stainless steel, while the filling material can be silver or a similar low-resistance material.

Fig. 6 zeigt, daß die Stromschutzeinrichtung ein Strombegrenzungselement aufweist, welches drei gesonderte elastomere Körper 10a, 10b und 10c umfaßt, wobei die beiden äußeren elastomeren Körper 10a und 10c von gesonderten elektrisch leitenden Gittern 20a bzw. 22a umschlossen sind. Der Schaltkreis kann mit einem externen Widerstand, dargestellt durch gestrichelte Linien, vervollständigt werden, welcher Überspannungen verhindert und einen Strom durch die Einrichtung auch nach dem Eintreten der Strombegrenzung gewährleistet. Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausgestaltung ist ein bogenbegrenzendes Material 26, für das vorteilhafterweise Al(OH)&sub3; in Pulverform verwendet werden kann, zwischen den Gitterdrähten 24 der Netze 20 und 22 angeordnet. Das Ziel dieser Ausbildung ist, eine Bogenbildung zu verhindern, die wiederum zu einer Verringerung der Verbrennung des Materials führt, wenn die Einrichtung Überströmen ausgesetzt wird.Fig. 6 shows that the current protection device has a current limiting element which comprises three separate elastomeric bodies 10a, 10b and 10c where the two outer elastomeric bodies 10a and 10c are enclosed by separate electrically conductive grids 20a and 22a respectively. The circuit can be completed with an external resistor, shown by dashed lines, which prevents overvoltages and ensures a current through the device even after the current limit has occurred. In the embodiment shown in Fig. 7, an arc-limiting material 26, for which Al(OH)3 in powder form can advantageously be used, is arranged between the grid wires 24 of the grids 20 and 22. The objective of this design is to prevent arcing, which in turn reduces combustion of the material when the equipment is subjected to overflows.

Fig. 8 zeigt eine Ausbildung der Erfindung, bei der die Netze 20 und 22 der oben erläuterten Art auch als integrierte Elektroden in der Strombegrenzungseinrichtung verwendet werden. Die die Netze 20 und 22 bildenden Elektroden sind in diesem Fall jeweils in einem starren Kreisrahmen 28 angeordnet, der ähnlich der Befestigung der Seiten in einem Tennisschläger sein kann. Auf diese Weise werden zwei integrierte Funktionen erzielt.Fig. 8 shows an embodiment of the invention in which the nets 20 and 22 of the type explained above are also used as integrated electrodes in the current limiting device. The electrodes forming the nets 20 and 22 are in this case each arranged in a rigid circular frame 28, which can be similar to the fastening of the sides in a tennis racket. In this way, two integrated functions are achieved.

Die in den Fig. 9 und 10 gezeigte Einrichtung ist zylindersymmetrisch ausgebildet, wobei ein äußeres Netz 30 hier eine der Elektroden ist. Die andere Elektrode 32 ist mittig angeordnet. Diese Ausbildung bietet technische Herstellungsvorteile, da sie später produziert und als "Meterware" gehandhabt werden kann.The device shown in Fig. 9 and 10 is designed to be cylindrically symmetrical, with an outer net 30 being one of the electrodes. The other electrode 32 is arranged in the middle. This design offers technical manufacturing advantages, as it can be produced later and handled as "meter goods".

Fig. 11 zeigt die Einrichtung mit einer Elektrode 34, die in diesem Fall ein "Netzäquivalent" verwendet. Die drahtartige Elektrode 34 ist auf einen elastomeren Kern 10 aufgewickelt, welcher eine zentrale Elektrode 36 umschließt. Zwischen den Punkten 38 und 40 ist der optimale Widerstand groß, vorzugsweise mehr als 10 mOhm. Wenn der Anlagebereich in einen Zustand hohen Widerstands übergeht, gibt es einen durchgehenden Widerstand im Schaltkreis. Auf diese Weise werden die Einschwingvorgänge unterdrückt und Kommutationen zu parallelen Widerständen, sofern vorhanden, leichter gemacht.Fig. 11 shows the device with an electrode 34, in this case using a "grid equivalent". The wire-like electrode 34 is wound on an elastomeric core 10 which encloses a central electrode 36. Between points 38 and 40 the optimum resistance is large, preferably more than 10 mOhms. When the contact area goes into a high resistance state there is a continuous resistance in the circuit. In this way the transients are suppressed and commutations to parallel resistances, if present, are made easier.

Bei den in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigten Ausbildungen ist eine große Zahl von Strombegrenzungselementen in Form elastomerer Körper (10&sub1; ... 10&sub2; ... 10N) übereinander gestapelt. Netze 40&sub1; ... 40n+1, die mit den elastomeren Körpern 10&sub1; ... 10N verbunden sind, sind über Widerstände RP1, RP2 ... RPN parallel miteinander verbunden. Auf diese Weise wird zwischen den aufeinanderfolgenden Strombegrenzungselementen eine Spannungsteilung erreicht. Dies erhöht den Spannungsisolationspegel, wenn sich die Einrichtung in einem Zustand hohen Widerstands befindet. Dies wiederum ergibt den Vorteil, daß die jeweiligen Elemente nicht so stark "belastet" werden, wie wenn nur ein einzelnes aktiviert ist.In the embodiments shown in Fig. 12 and Fig. 13, a large number of current limiting elements in the form of elastomeric bodies (10₁...10₂...10N) are stacked one on top of the other. Networks 40₁...40n+1 connected to the elastomeric bodies 10₁...10N are connected in parallel through resistors RP1, RP2...RPN. In this way, voltage division is achieved between the successive current limiting elements. This increases the voltage isolation level when the device is in a high resistance state. This in turn gives the The advantage is that the respective elements are not "loaded" as much as if only a single one is activated.

Das Diagramm in Fig. 14 zeigt die Spannung UP als Funktion der aufeinanderfolgenden Strombegrenzungselemente j. Die Spannungsteilung in Fig. 14 zeigt einen Fall, bei dem sich die Mehrzahl der elastomeren Körper in Fig. 13 in einem Zustand hohen Widerstands befindet. In dieser Darstellung befindet sich beispielsweise der elastomere Körper 3 noch in einem Zustand niedrigen Widerstands. Es wird eine externe Spannungsquelle E verwendet, wobei dann ein Strom durch die Einrichtung hindurchgeht.The diagram in Fig. 14 shows the voltage UP as a function of the successive current limiting elements j. The voltage division in Fig. 14 shows a case where the majority of the elastomeric bodies in Fig. 13 are in a high resistance state. In this illustration, for example, the elastomeric body 3 is still in a low resistance state. An external voltage source E is used, and a current then passes through the device.

Bei der in Fig. 15 gezeigten Ausführungsform der Strombegrenzungseinrichtung ist offenbart, daß sowohl der elektrisch leitende elastomere Körper 10 als auch die Elektroden 12 und 14, die Kontaktanordnungen (angedeutet durch die elektrisch leitenden Netze 20 und 22), die Drückeinrichtung (angedeutet durch den Pfeil F) sowie jegliche zusätzliche Komponenten der Anordnung in einem vorzugsweise hermetischen Behälter 42 angeordnet sind. In Fig. 15 ist auch die Richtung des Stromkreisflusses durch die Elektroden 12 und 14 markiert. Der Behälter 42, der aus einem elektrisch nicht-leitenden Material (beispielsweise Keramik oder Kunststoff) gefertigt ist, enthält eine Flüssigkeit 44, die in solcher Weise eingeschlossen ist, daß die Umgebung für die Kontaktbereiche zwischen dem elastomeren Körper 10 und den Elektroden 12 und 14 stets durch die Flüssigkeit 44 gegeben ist, und zwar unbeeinflußt von der Lage der Strombegrenzungseinrichtung im Raum.In the embodiment of the current limiting device shown in Fig. 15, it is disclosed that both the electrically conductive elastomeric body 10 and the electrodes 12 and 14, the contact arrangements (indicated by the electrically conductive nets 20 and 22), the pressing device (indicated by the arrow F) and any additional components of the arrangement are arranged in a preferably hermetic container 42. In Fig. 15, the direction of the circuit flow through the electrodes 12 and 14 is also marked. The container 42, which is made of an electrically non-conductive material (for example ceramic or plastic), contains a liquid 44 which is enclosed in such a way that the environment for the contact areas between the elastomeric body 10 and the electrodes 12 and 14 is always provided by the liquid 44, unaffected by the position of the current limiting device in space.

Die Flüssigkeit 44, die Wasser oder Wasser mit zugegebenem Glycerin sein kann, sollte solche Eigenschaften besitzen, daß sie jegliche Rückstände zwischen den verschiedenen Komponenten auflöst, so daß ein niedriger Kontaktwiderstand erreicht wird, und in hohem Maß zwischen den Elektroden 12, 14 und dem elastomeren Körper 10 gehalten sein.The liquid 44, which may be water or water with added glycerine, should have properties such that it dissolves any residues between the various components so that a low contact resistance is achieved and is highly retained between the electrodes 12, 14 and the elastomeric body 10.

Da die Elektroden 12, 14 und der elastomere Körper in der Flüssigkeit 44 angeordnet sind, ist wirksam verhindert, daß sich Schlackenrückstände bei der Verbrennung auf der Oberfläche der Elektroden 10, 12 aufbauen. Es ist selbstverständlich sehr wichtig, daß die Flüssigkeit 44 bogenverhindernde Eigenschaften besitzt.Since the electrodes 12, 14 and the elastomeric body are arranged in the liquid 44, it is effectively prevented that slag residues build up on the surface of the electrodes 10, 12 during combustion. It is of course very important that the liquid 44 has arc-preventing properties.

Weitere Abwandlungen der obigen Beispiele von Ausführungsformen der Strombegrenzungseinrichtung sind im Rahmen der Ansprüche möglich. Wie bei den Ausbildungen mit Netzen dargestellt, können demnach die Kontakteinrichtungen auch aus einer elektrisch leitenden Schicht gefertigt sein, die im wesentlichen nur senkrecht zur Schichtebene leitend ist. Beispielsweise kann die Schicht aus gerichtet angeordneten Drähten bzw. Adern und aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt sein, das dazwischen angeordnet ist und aus Silikongummi gefertigt ist. Die Kontakteinrichtung kann beispielsweise auch durch Ätzen, Plasmathermobeschichtung usw. auf der Oberfläche der Elektrode hergestellt werden. Ferner kann die Kontakteinrichtung zwei separate Netze umfassen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei sich die Größe der Maschen in einem der Netze von der Maschengröße des anderen unterscheidet. Es ist sogar möglich, das bogenverhindernde Material in dem elektrisch leitenden elastomeren Körper zu dispergieren oder das Material in einer dünnen Metallschicht in dem elektrisch leitenden elastomeren Körper zu verteilen, der in diesem Fall eine zylindrische Form haben kann.Further modifications of the above examples of embodiments of the current limiting device are possible within the scope of the claims. As shown in the embodiments with nets, the contact devices can therefore also be made from an electrically conductive layer that is essentially only conductive perpendicular to the layer plane. For example, the layer can be made from aligned wires or cores and from an electrically insulating material that is arranged between them and is made from silicone rubber. The contact device can also be made, for example, by etching, plasma thermal coating, etc. on the surface of the electrode. Furthermore, the contact device can comprise two separate nets that are arranged opposite one another, the size of the mesh in one of the nets being different from the mesh size of the other. It is even possible to disperse the arc-preventing material in the electrically conductive elastomeric body or to distribute the material in a thin metal layer in the electrically conductive elastomeric body, which in this case can have a cylindrical shape.

Claims

1. Device for protection against overcurrents in electrical circuits, comprising at least one electrically conductive elastomeric body (10) and two electrodes (12, 14) which are intended to conduct a circuit current through the body and are designed so that they repel each other under the influence of a short-circuit current, each electrode being in contact with the elastomeric body at a corresponding position, either directly or with the insertion of an intermediate part, and a contact pressure being obtained by means of a pressing device which seeks to deform the elastomeric body (10) at respective contact points, characterized in that the elastomeric body (10) and the electrodes (12, 14) are arranged with regard to their contact areas in a liquid environment (44) - which can in particular have a pasty consistency - with residue-dissolving properties and in that a contact means in the form of at least a grid-like layer (20, 22) is arranged so that it is in contact with at least one electrode and an adjacent elastomeric body and/or between two adjacent elastomeric bodies, the contact means providing an increased contact effect in that the layer sinks into the adjacent elastomeric body when pressure is applied.

2. Device according to claim 1, characterized in that the liquid (44) has a significantly higher specific resistance than the elastomeric body (10) and contains glycol.

3. Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the liquid has arc-preventing properties.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the liquid (44) is contained in a hermetic container (42) which also contains the elastomeric body (10), the electrodes (12, 14) and the pressing device.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the passage for the current to flow through the device has a reduced section at at least one contact point (13) between the contact means (20), an electrode (12) and the elastomeric body (10).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the passage for the current to flow through the device has a reduced section at at least one contact point (13') between an electrode (12) and the contact means (20).

7. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the contact means is made of a layer which is electrically conductive essentially only perpendicular to the layer plane.

8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the contact means is made of a separate mesh network which is, for example, pressed, etched, woven or knitted.

9. Device according to one of claims 1 to 6 and 8, characterized in that the contact means (20a, 22a) are arranged so that they cover respective elastomeric bodies (10a, 10c).

10. Device according to one of claims 8 and 9, characterized in that wires contained in the contact means are made of brass, copper or nickel, preferably with a silver coating.

11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that wires contained in the contact means are insulated from one another.

12. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the contact means has a part integrated into an electrode.

13. Device according to claim 12, characterized in that the contact means is produced on the surface of the electrode, in particular by etching or plasma spraying.

14. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the aforementioned layer (20, 22) forms an electrode.