DE69603027T2 - Überspannungsschutzvorrichtung für fernmeldeleitungen - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft den Schutz von Fernmeldeleitungen vor Überspannungsstößen, wie beispielsweise jene infolge eines Blitzes, und insbesondere eine Baugruppe für das Bewirken eines Schutzes bei einer Vielzahl von Übertragungsleitungspaaren, die von einem Mehrleiterkabel aufgenommen werden. Eine Baugruppe für den Schutz von Übertragungsleitungen mit den charakteristischen Merkmalen des ersten Teils des Patentanspruches 1 ist beispielsweise aus dem US-A-4799901 bekannt.
• Fernmeldeübertragungsleitungen sind typischerweise für Blitzschläge empfänglich, wenn sie sich nicht innerhalb eines Gebäudes befinden. Dementsprechend ist ein primärer Blitzschutz im allgemeinen vorhanden, wo die Übertragungsleitungen in ein Gebäude eintreten. Eine moderne Fernmeldeanlage, wie beispielsweise computergesteuerte Nebenstellenanlagen, ist jedoch für Überspannungsstöße sehr empfindlich, wie beispielsweise jene, die durch Blitzschläge hervorgerufen werden, und der primäre Blitzschutz ist oftmals unzureichend. Hersteller von Fernmeldeanlagen stellen daher im allgemeinen einen sekundären Überspannungsschutz innerhalb ihrer Anlage bereit. Eine derartige Anlage, beispielsweise eine computergesteuerte Nebenstellenanlage, kann zwanzig, fünfzig oder noch mehr Telefonleitungspaare aufweisen, die darin angeschlossen sind. Wenn der sekundäre Überspannungsschutz innerhalb der Anlage eingebaut ist, führt das daher zu einer Anzahl von Nachteilen.
• Eine bekannte Überspannungsschutzvorrichtung wird im U. S. Patent Nr. 5359657 von Pelegris offenbart. Dort wird eine Überspannungsschutzvorrichtung offenbart, die bei einem Einzelpaar von Telefonleitungen zur Anwendung kommt, und die eine Klemmschaltung für eine Spannung umfaßt, die an ein vorgegebenes Spannungspotential angeklemmt wird. Eine einzelne Vorrichtung muß für jedes Paar Telefonleitungen in einem Fernmeldesystem benutzt werden.
• Ein Fernmeldesystem weist typischerweise mehrere Leitungspaare auf; mehrere Vorrichtungen benötigen daher einen großen Raum in einem Fernmeldeanlagensystem. Das steht im Widerspruch zum Wunsch einer Miniaturisierung und einer Erhöhung der Dichte der Fernmeldeanlage.
• Ein Nachteil ist, daß der sekundäre Überspannungsschutz innerhalb der Fernmeldeanlage eine wertvolle "Immobilie" in Anspruch nimmt. Ein weiterer Nachteil ist, daß große Kabel, die den dicken Draht aufnehmen, zwischen dem primären Schutz und dem sekundären Schutz genutzt werden müssen.
• Eine Baugruppe, die für eine Zwischenschaltung zwischen zwei Mehrleiterkabeln gedacht ist, wird im U. S. Patent Nr. 4392701 von Weidler offenbart. Darin werden dritte und vierte Kabelverbinder offenbart, die in einer Abstandsbeziehung montiert und für das Koppeln mit ersten und zweiten Kabelverbindern für eine Zwischenschaltung gedacht sind. Es bleibt jedoch eine Notwendigkeit für ein sekundäres Überspannungsschutznetz und eine geeignete Erdungseinrichtung, um die Überspannungsschutzfunktion aufzunehmen.
• Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine Überspannungsschutzschaltung für Fernmeldeanlagen bereitzustellen, die die vorangehend erwähnten Nachteile überwindet.
• Eine ideale Lösung wäre die Bereitstellung des sekundären Schutzes innerhalb eines Kabelverbinders in der Nähe des primären Schutzes. Da die Kabel typischerweise 25 Leitungspaare aufnehmen, wäre ein derartiger Verbinder groß und schwer zu handhaben. In Übereinstimmung mit den Prinzipien dieser Erfindung ist der sekundäre Schutz daher innerhalb eines Adaptergehäuses enthalten, das zwischen zwei Mehrleiterkabeln verbunden ist, wobei eine Vielzahl von Gehäusen übereinandergestapelt ist. Das erste Kabel ist relativ kurz und mit dem primären Schutz verbunden. Dieses kurze Kabel kann dick sein. Das zweite Kabel ist mit der Fernmeldeanlage verbunden und ist relativ dünn. Da die Fernmeldeanlage mit einem wesentlichen Abstand vom primären Schutz angeordnet werden kann, ergibt sich eine bedeutende Kosteneinsparung daraus, daß man in der Lage ist, ein dünneres Kabel zu verwenden. Entsprechend dieser Erfindung wird daher eine Adapterbaugruppe bereitgestellt, die auf einem geerdeten Chassis montiert und zwischen ersten und zweiten Mehrleiterkabeln verbunden wird, die eine Vielzahl von Übertragungsleitungspaaren aufnehmen.
• Die Kabel werden entsprechend durch erste und zweite Kabelverbinder angeschlossen. Die Baugruppe liefert einen Überspannungsschutz für die Vielzahl von Leitungspaaren, worin der Überspannungsschutz für jedes der Leitungspaare durch ein Schutznetz mit drei Anschlußklemmen bewirkt wird, wobei die erste und zweite Anschlußklemme so ausgeführt sind, daß sie mit entsprechenden Drähten eines jeden Leitungspaares gekoppelt werden, und wobei die dritte Anschlußklemme so ausgeführt ist, daß sie mit der Erde verbunden wird. Die Baugruppe weist eine Leiterplatte auf, die eine Erdungsfläche und dritte und vierte Kabelverbinder aufweist, die auf der Leiterplatte in einer Abstandsbeziehung montiert sind, wobei der dritte Kabelverbinder mit dem ersten Kabelverbinder und der vierte Kabelverbinder mit dem zweiten Kabelverbinder in Eingriff gebracht werden können. Die Baugruppe weist außerdem eine Einrichtung für das Montieren des Schutznetzes auf die Leiterplatte und eine Einrichtung für das Koppeln der ersten und zweiten Anschlußklemme des Schutznetzes mit dem dritten und vierten Kabelverbinder auf, so daß, wenn der erste Kabelverbinder mit dem dritten Kabelverbinder und der zweite Kabelverbinder mit dem vierten Kabelverbinder in Eingriff gebracht wird, das Schutznetz mit jedem der Leitungspaare gekoppelt wird. Außerdem weist die Baugruppe eine Einrichtung für das Verbinden der dritten Anschlußklemme des Schutznetzes mit der Leiterplattenerdungsfläche und eine Montageeinrichtung für das Verbinden der Leiterplattenerdungsfläche mit dem Chassis auf. In Übereinstimmung mit einem Aspekt dieser Erfindung ist ein entsprechendes Schutznetz vorhanden, das mit jedem der Leitungspaare verbunden ist.
• In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt dieser Erfindung umfaßt die Baugruppe außerdem eine Vielzahl von rückstellbaren Sicherungselementen, wobei jedes der Sicherungselemente einem entsprechenden Leiter des ersten Kabels und einem entsprechenden Leiter des zweiten Kabels entspricht. Die Baugruppe umfaßt ebenfalls eine Einrichtung für das Montieren der Sicherungselemente auf die Leiterplatte und eine Einrichtung für das Verbinden der Sicherungselemente mit den dritten und vierten Kabelverbindern, so daß jedes der Sicherungselemente zwischen den entsprechenden Leitern der ersten und zweiten Kabel in Reihe ist, die mit der Baugruppe verbunden sind.
• Das Vorangegangene wird beim Lesen der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen leichter ersichtlich, in denen gleiche Elemente in unterschiedlichen Figur mit der gleichen Bezugszahl gekennzeichnet werden, und die zeigen:
• Fig. 1 ein Schaltbild der der Veranschaulichung dienenden Schaltung, die in der Baugruppe entsprechend dieser Erfindung genutzt werden kann;
• Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Baugruppe entsprechend dieser Erfindung, die auf ein Chassis montiert ist, wobei die Abdeckkappe der Baugruppe auseinandergezogen dargestellt wird;
• Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Baugruppe entsprechend dieser Erfindung, aufgenommen von einem günstigen Punkt, der dem der Fig. 2 gegenüberliegt; und
• Fig. 4 eine Seitenansicht, die die übereinandergestapelte Anordnung der Baugruppen entsprechend dieser Erfindung zeigt.
• Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht Fig. 1 eine Schutzschaltung, die auf eine Leiterplatte montiert ist, die in einem Gehäuse einer Baugruppe entsprechend der vorliegenden Erfindung enthalten ist, die so ausgeführt ist, daß sie zwischen Kabeln geschaltet wird, die Übertragungsleitungspaare enthalten und sich zwischen dem primären Blitzschutz und der Fernmeldeanlage erstrecken. Wie gezeigt wird, umfaßt die Schaltung; einen Verbinder 10, der mit einem Verbinder in Eingriff kommen kann, der ein Kabel anschließt, das mit dem primären Blitzschutz gekoppelt ist; und einen Verbinder 12, der mit einem Verbinder in Eingriff kommen kann, der ein Kabel anschließt, das mit der Fernmeldeanlage gekoppelt ist. Entsprechende Leitungspaare innerhalb eines jeden der Kabel werden durch die entsprechende Schaltung, die in Fig. 1 gezeigt wird, miteinander verbunden.
• Für jede Reihe von Leitungspaaren umfaßt die Schaltung ein Paar rückstellbare Sicherungselemente 14, 16, die jeweils in Reihe in einer entsprechenden Leitung zwischengeschaltet sind, die die Reihe von Leitungspaaren verbindet. Zur Erläuterung, die Sicherungselemente 14, 16 sind vom Typ TR-600-150, die von der Raychem Corp. verkauft werden.
• Ein derartiges Sicherungselement öffnet den elektrischen Stromkreis, wenn infolge eines übermäßigen Stromes eine Erwärmung erfolgt, und stellt ihn danach zurück, wenn eine Abkühlung bei Nichtvorhandensein von Strom erfolgt. Die Schutzschaltung umfaßt außerdem ein Mehrklemmenschutznetz 18 für das Bereitstellen eines Überspannungsschutzes für seine Reihe von Übertragungsleitungspaaren. Das Schutznetz 18 umfaßt drei SIDACtor-Elemente 20, 22 und 24, die in einer "Y"-Konfiguration zwischen einer ersten Anschlußklemme 26 des Netzes 18, einer zweiten Anschlußklemme 28 des Netzes 18 und einer dritten Anschlußklemme 30 des Netzes 18 verbunden sind. Die Anschlußklemme 30 ist mit der Erde verbunden. Zur Erläuterung, das Netz 18 ist von dem Typ, der von Teccor Electronics, Inc. of Irving, Texas, hergestellt und vollständig im U. S. Patent Nr. 4905119 beschrieben wird. Daher umfaßt das Schutznetz 18; einen ersten in zwei Richtungen wirkenden spannungsempfindlichen Schalter 20 mit einer ersten und zweiten Leitung; einen zweiten in zwei Richtungen wirkenden spannungsempfindlichen Schalter 22 mit einer dritten und vierten Leitung; einen dritten in zwei Richtungen wirkenden spannungsempfindlichen Schalter 24 mit einer fünften und sechsten Leitung; eine Einrichtung für das Verbinden der ersten Leitung des Schalters 20 mit der Anschlußklemme 26; eine Einrichtung für das Miteinanderverbinden der zweiten Leitung des ersten Schalters 20, der dritten Leitung des zweiten Schalters 22 und der fünften Leitung des dritten Schalters 24; eine Einrichtung für das Verbinden der vierten Leitung des zweiten Schalters 22 mit der Anschlußklemme 28; und eine Einrichtung für das Verbinden der sechsten Leitung des dritten Schalters 24 mit der Anschlußklemme 30. Typischerweise enthält jedes der Mehrverbinderkabel fünfundzwanzig Leitungspaare, so daß fünfundzwanzig Reihen der vorangehend beschriebenen Schaltung in der Schutzbaugruppe vorhanden sind.
• Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt wird, ist die Schaltung aus Fig. 1 auf eine Leiterplatte 32 montiert, wobei die SIDACtor-Elemente 20, 22, 24 (in Fig. 2 und 3 nicht gezeigt) unterhalb der Sicherungselemente 14, 16 montiert sind. Wie es üblich ist, ist die Leiterplatte 32 eine Mehrschichtenplatte mit einer Erdungsfläche. Daher ist die Anschlußklemme 30 des Schutznetzes 18 mit jener Erdungsschicht verbunden. Geeignete Leiterbahnen verbinden ein erstes Ende der Sicherungselemente 14, 16 mit Kontakten im Verbinder 10, und geeignete Leiterbahnen verbinden die zweiten Enden der Sicherungselemente 14, 16 mit geeigneten Kontakten im Verbinder 12. Außerdem stellen geeignete Leiterbahnen die Verbindungen zwischen den SIDACtor-Elementen 20, 22, 24 her und verbinden die SIDACtor-Elemente 20, 22 mit den entsprechenden Sicherungselementen 14, 16. An jeder der vier Ecken der Leiterplatte 32 befindet sich ein Montageloch (nicht gezeigt) von denen mindestens eines mit einem leitenden Material (beispielsweise Lot) ausgekleidet ist, das mit der Erdungsfläche verbunden ist.
• Die Verbinder 10, 12 sind auf der Leiterplatte 32 in konventioneller Weise montiert, und ihre Kontakte sind mit der Schaltung auf der Leiterplatte 32 verbunden, wie in Fig. 1 gezeigt wird. Der Verbinder 10 kann mit dem Verbinder 36 in Eingriff kommen, der das Kabel 38 anschließt. Das andere Ende des Kabels 38 ist mit dem primären Blitzschutz für die Übertragungsleitungspaare verbunden, die in ein Gebäude hineingehen. Der Verbinder 12 kann mit dem Verbinder 40 in Eingriff kommen, der das Kabel 42 anschließt. Das andere Ende des Kabels 42 ist mit der Fernmeldeanlage innerhalb des Gebäudes verbunden und kann im wesentlichen dünner sein als das Kabel 38, da ein anderes Schutzniveau für die Leitungspaare zu verzeichnen ist, die im Kabel 42 enthalten sind.
• Jeder der Verbinder 10, 12 ist an seinen Enden mit einem flachen Flansch 44 versehen, durch den ein Montageloch 46 hindurchgeht. Die Montagelöcher 46 sind zu den Montagelöchern der Leiterplatte 32 ausgerichtet, wenn die Verbinder 10, 12 auf der Leiterplatte 32 montiert werden. Ein Niet 48 gelangt durch jede Reihe der Montagelöcher und stellt einen Kontakt mit dem leitenden Material her, das das Montageloch der Leiterplatte 32 auskleidet. Der Kopf des Niet 48 umgibt das Montageloch 46 und liegt über dem flachen Flansch 44.
• Die Schutznetzbaugruppe ist innerhalb eines isolierenden Gehäuses enthalten. Wie gezeigt wird, weist das Gehäuse einen unteren Teil 50 und eine Abdeckkappe 52 auf. Der untere Teil 50 weist auf; einen Boden 54; und vier aufrechtstehende Wände 56, 58, 60, 62, die so dimensioniert sind, daß die Leiterplatte 32 genau dort hineinpaßt, wobei sich die Eingriffsflächen der Verbinder 10, 12 über die entsprechenden Wände 56. 60 erstrecken. Der Boden 54 weist Montagelöcher 64 in seinen vier Ecken auf, die zu den Montagelöchern 34 der Leiterplatte 32 und den Montagelöchern 46 der Verbinder 10, 12 ausgerichtet sind. Die Wände 58, 62 werden mit Vorsprüngen 66 und sich nach oben erstreckenden elastischen Einklinkfingern 68 gebildet. Die distalen Enden der Einklinkfinger 68 weisen darin Öffnungen 70 auf.
• Die Abdeckkappe 52 des Gehäuses weist auf; ein Dach 72; und vier nach unten herabhängende Seitenwände 74, 76, 78, 80, und sie ist so bemessen und geformt, daß sie die Schaltkreiselemente auf der Leiterplatte 32 bedeckt, die Verbinder 10, 12 aber frei läßt. Die Seitenwände 76, 80 sind jeweils mit einem Vorsprung 82 und einem nach unten herabhängenden elastischen Einklinkfinger 84 ausgebildet. Jeder der Einklinkfinger 84 weist an seinem distalen Ende eine Öffnung 86 auf. Die Größe, Konfiguration und Anordnung der Vorsprünge 66, 82, der Einklinkfinger 68, 84 und der Öffnungen 70, 86 sind so, daß der untere Teil 50 und die Abdeckkappe 52 miteinander eingeschnappt werden können, wobei die Vorsprünge 66 in die Öffnungen 86 und die Vorsprünge 82 in die Öffnungen 70 gelangen.
• Um die vorangehend beschriebene Baugruppe auf das geerdete Chassis 88 zu montieren werden vier leitende Schraubenverriegelungen 90 mit Innengewinde zusammen mit geeigneten Sätzen von Unterlegscheiben und Muttern 92 bereitgestellt. Jede der Schraubenverriegelungen 90 mit Innengewinde weist einen Kopf 94 auf, der mit dem Kopf eines entsprechenden Niet 48 in Eingriff kommt, wenn der Körper jener Schraubenverriegelung 90 mit Innengewinde durch das Montageloch des Verbinders, die Leiterplatte und den unteren Teil des Gehäuses hindurchgeht. Jede Schraubenverriegelung 90 mit Innengewinde weist ein Gewindeloch 95 im Kopf 94 und Schraubengewindegänge 91 auf. In geeigneter Weise ausgerichtete Montagelöcher sind im Chassis 88 vorhanden, und danach wird die gesamte Baugruppe am Chassis 88 gesichert, indem die distalen Gewindeenden der Schraubenverriegelung 90 mit Innengewinde durch jene Montagelöcher des Chassis angeordnet werden und die Schraubenverriegelung 90 mit Innengewinde mittels der Unterlegscheiben und Muttern 92 gesichert wird. Außer dem Sichern der Baugruppe am Chassis 88 schließt das den Erdungsweg von der Erdungsfläche der Leiterplatte 32 zum Chassis 88.
• Fig. 4 veranschaulicht, wie eine Vielzahl (in der Veranschaulichung vier) von Adapterbaugruppen gestapelt und am Chassis 88 mittels der Gewindegänge 91 einer Schraubenverriegelung 90 mit Innengewinde gesichert werden kann, die mit dem Gewindeloch 95 im Kopf 94 der anderen Schraubenverriegelung 90 mit Innengewinde in Eingriff kommen, wodurch eine Baugruppe an der Baugruppe unmittelbar darunter gesichert wird.
• Dementsprechend wurde eine Baugruppe für das Bereitstellen eines Überspannungsschutzes für eine Vielzahl von Übertragungsleitungspaaren offenbart, die von einem Mehrleiterkabel aufgenommen werden. Während eine der Veranschaulichung dienende Ausführung der vorliegenden Erfindung hierin offenbart wurde, ist es so zu verstehen, daß verschiedene Abwandlungen und Anpassungen an die offenbarte Ausführung den Fachleuten klar sein werden, und es ist beabsichtigt, daß diese Erfindung nur durch den Bereich der als Anhang beigefügten Patentansprüche eingeschränkt wird.

Claims (8)

1. Baugruppe für die Montage an ein geerdetes Chassis, die aufweist; ein Gehäuse; dritte und vierte Kabelverbinder (10, 12), die auf eine Leiterplatte (32) mit Abstand montiert sind, wobei der dritte Kabelverbinder (10) mit einem Mehrleiterkabel in Eingriff kommen kann, das mittels eines ersten Kabelverbinders (36) angeschlossen ist, und wobei der vierte Kabelverbinder (12) mit einem Mehrleiterkabel in Eingriff kommen kann, das mittels eines zweiten Kabelverbinders (40) angeschlossen ist, wobei die Leiterplatte (32) eine Erdungsfläche und ein Überspannungsstoßschutznetz (18) darauf aufweist, wobei das Schutznetz (18) mit Leitern der Mehrleiterkabel gekoppelt und zwischen Leitern des ersten Kabelverbinders und Leitern des zweiten Kabelverbinders angeordnet ist; eine elektrische Kopplung zwischen Schutznetz (18) und Erdungsfläche, worin die Baugruppe eine elektrische Kopplungseinrichtung für das Erden umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Kopplungseinrichtung zwischen der Erdungsfläche und dem Chassis angeordnet ist, wenn sie auf das Chassis montiert ist, wobei die elektrische Kopplungseinrichtung bewirkt, daß eine Vielzahl von Gehäusen physikalisch mit den Erdungsflächen einer jeden elektrisch gekoppelten Baugruppe übereinandergestapelt werden kann.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der ein entsprechendes Schutznetz (18) mit jedem Übertragungsleitungspaar verbunden ist.

3. Baugruppe nach Anspruch 1, die außerdem aufweist; eine Vielzahl von rückstellbaren Sicherungselementen (14, 16), wobei jedes der Sicherungs-elemente (14, 16) einem entsprechenden Leiter des ersten Mehrleiterkabels und einem entsprechenden Leiter des zweiten Mehrleiterkabels entspricht;

eine Einrichtung für das Montieren der Sicherungselemente auf die Leiterplatte; und

eine Einrichtung für das Verbinden der Sicherungselemente mit den dritten und vierten Kabelverbindern (10, 12), so daß jedes der Sicherungs-elemente (14, 16) mit den entsprechenden Leitern der ersten und zweiten Kabel in Reihe ist, die mit der Baugruppe verbunden sind.

4. Baugruppe nach Anspruch 1, die außerdem ein isolierendes Gehäuse aufweist, das so ausgelegt ist, daß es die Leiterplatte (32) aufnimmt und die dritten und vierten Kabelverbinder freilegt.

5. Baugruppe nach Anspruch 1-4, bei der die Leiterplatte (32) mit mindestens einem Montageloch versehen ist;

das Gehäuse mit mindestens einem Montageloch (64) in Ausrichtung mit dem mindestens einem Montageloch der Leiterplatte (32) versehen ist; und

das Chassis (88) mit mindestens einem Montageloch versehen ist;

wobei die Baugruppe außerdem aufweist; mindestens ein leitendes Montageelement (48), das sich durch das mindestens eine Montageloch der Leiterplatte, des Gehäuses und des Chassis erstreckt;

eine Einrichtung für das elektrische Koppeln der Erdungsfläche der Leiterplatte mit dem mindestens einem Montageelement (48); und eine Einrichtung (90) für das elektrische Koppeln des Chassis (88) mit dem mindestens einem Montageelement (48).

6. Baugruppe nach Anspruch 5, bei der die Kopplungseinrichtung für die Erdungsfläche der Leiterplatte ein leitendes Material in elektrischem Kontakt mit der Erdungsfläche umfaßt, wobei das leitende Material das mindestens eine Montageloch der Leiterplatte auskleidet.

7. Baugruppe nach Anspruch 6, bei der das leitende Montageelement (48) eine leitende Schraube mit einem Kopf an einem Ende und Außengewinde am anderen Ende umfaßt, wobei die Schraube mit dem leitenden Material in elektrischem Kontakt ist, wenn sich die Schraube durch das Montageloch der Leiterplatte erstreckt.

8. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der das Schutznetz aufweist:

einen ersten in zwei Richtungen wirkenden spannungsempfindlichen Schalter (20) mit einer ersten und zweiten Leitung;

einen zweiten in zwei Richtungen wirkenden spannungsempfindlichen Schalter (22) mit einer dritten und vierten Leitung;

einen dritten in zwei Richtungen wirkenden spannungsempfindlichen Schalter (24) mit einer fünften und sechsten Leitung;

eine Einrichtung für das Verbinden der ersten Leitung mit der ersten Anschlußklemme (26) des Schutznetzes;

eine Einrichtung für das Miteinanderverbinden der zweiten, dritten und fünften Leitung;

eine Einrichtung für das Verbinden der vierten Leitung mit der zweiten Anschlußklemme (28) des Schutznetzes; und

eine Einrichtung für das Verbinden der sechsten Leitung mit der dritten Anschlußklemme (30) des Schutznetzes.