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EP0436529B1 - Gasentladungs-überspannungsableiter - Google Patents

Gasentladungs-überspannungsableiter Download PDF

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Publication number
EP0436529B1
EP0436529B1 EP88908942A EP88908942A EP0436529B1 EP 0436529 B1 EP0436529 B1 EP 0436529B1 EP 88908942 A EP88908942 A EP 88908942A EP 88908942 A EP88908942 A EP 88908942A EP 0436529 B1 EP0436529 B1 EP 0436529B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrodes
surge arrester
protective layer
ceramic insulator
arrester according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP88908942A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0436529A1 (de
Inventor
Gerhard Lange
Andre Scheidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP0436529A1 publication Critical patent/EP0436529A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0436529B1 publication Critical patent/EP0436529B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/04—Housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/12—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed

Definitions

  • the invention is in the field of electrical components and is applicable to the material design of the outer surface of gas discharge surge arresters, which have at least one tubular ceramic insulator and electrodes arranged at the ends of the ceramic insulator and gas-tightly connected to the ceramic insulator, the outer surface of which is connected to a metallic coating is provided.
  • Gas discharge surge arresters are used, among other things, to protect communication lines.
  • Surge arresters are used, on whose electrodes connecting wires are soldered, welded or molded.
  • Such surge arresters can have two electrodes facing one another and, if appropriate, a third, annular electrode arranged in the middle (DE-A1-28 28 650).
  • the connecting wires connected to the electrodes like the electrodes, are usually silver-plated if they consist of copper. Sometimes it is also required to use tin-plated connecting wires. This facilitates the wetting of the connecting wires during the soldering process by means of wave soldering.
  • bronze Cu-Sn alloy
  • the electrodes are contacted under spring force.
  • surge arresters with alloyed iron electrodes and, if necessary, to coat these electrodes with a nickel layer.
  • the invention is based on the object of a surge arrester to create, which can be manufactured inexpensively and handled as an automatically processable bulk material without impairing the insulation strength and which can be easily soldered into printed circuits or printed circuit boards.
  • the metallic coating consists of tinning and that a closed ring-shaped, insulating protective layer made of an acid and heat-resistant paint or varnish is applied to the outer lateral surface of each ceramic insulator whose width is at least 1 mm.
  • the tinning forms an inexpensive metallic coating for the electrodes.
  • Such tinning entails the risk that when the surge arrester is handled as bulk material, the tin coating is abraded on the rough outer surface of the ceramic insulators and thus the occurrence of insulation faults is promoted.
  • Applying the protective layer from a paint or varnish application eliminates this danger.
  • the protective layer forms a relatively smooth surface area on the outer surface of the ceramic insulator, on which no harmful tin abrasion is possible.
  • the protective layer is in its width so that the minimum value of the insulation strength (eg 1010 Ohm) is maintained, even if there is a tin abrasion on the other surface areas of the ceramic insulator.
  • the protective layer can optionally cover the entire outer surface of the ceramic insulator. In particular from a width of the protective layer of more than 3 to 4 mm, it is expedient in a further development of the invention to design this protective layer as part of a marking of the surge arrester.
  • the protective layer can be designed as a negative print, i. H. the protective layer also forms the label.
  • the protective layer can, however, also form a transparent, preferably colorless top layer for customary printing or a base for subsequent customary printing.
  • the acid resistance of the protective layer enables the use of galvanic treatments of the surge arrester provided with the protective layer, which are required in the further course of the manufacture of the surge arrester.
  • the heat resistance of the protective layer which is expediently at least 160 ° C., on the other hand ensures that the protective layer is not impaired, in particular when the component is subjected to alternating current (discoloration).
  • Commercially available air-drying one-component lacquers are preferred as the acid- and heat-resistant lacquer for the protective layer.
  • Printing inks are particularly suitable as acid and heat-resistant inks.
  • a surge arrester designed according to the invention can also be provided with tin-plated connecting wires in order to be able to arrange it on printed circuit boards and to be able to solder it to conductor tracks.
  • the use of tin-plated connecting wires ensures problem-free soldering in printed circuits or in printed circuit boards using wave soldering.
  • connecting wires are not molded onto the electrodes, they can be tinned with the electrodes before they are connected, in particular soldered. The tinning of the connecting wires can also take place together with the tinning of the electrodes.
  • the surge arrester 1 consists of the tubular ceramic insulator 2 with electrodes 3 and 4 arranged at its ends.
  • the electrodes are soldered to the ceramic insulator 2 in a gas-tight manner.
  • the connecting wires 5 and 6 made of copper are also welded to the electrodes, which are made of copper.
  • a lacquer layer 7 has been applied to the outer surface of the ceramic insulator 2 using a conventional printing method. This lacquer layer covers the entire outer surface of the ceramic insulator and has a width of about 5 mm. A width of 1 mm would already be sufficient. With a width that is smaller than the outer distance between the two electrodes 3 and 4, the protective layer can be arranged in the center or off-center to the electrodes 3 and 4.
  • connection wires 5 and 6 had been welded to the electrodes
  • the surge arrester was subjected to a galvanic treatment, with which a tin layer 8 was deposited on the outer surface of the electrodes 3 and 4 and on the connection wires 5 and 6.
  • FIG. 2 shows a gas discharge surge arrester 10 with three electrodes.
  • the arrester consists of the two tubular ceramic insulators 11 and 12, which are connected coaxially to one another by means of the ring electrode 13.
  • the electrodes 14 and 15 are arranged at the two other ends of the ceramic insulators 11 and 12.
  • the connecting wires 16, 17 and 18 are welded to these electrodes and to the ring electrode 13. Electrodes and connecting wires are made of copper.
  • the ceramic insulators 11 and 12 are each provided with a lacquer layer 19 after their gas-tight connection to the electrodes 14 and 15. After the connection wires were welded to the electrodes, the surge arrester was subjected to galvanic treatment, a tin layer 20 has been deposited on the electrodes and the connecting wires.
  • the coating application 7 on the ceramic insulator 2 according to FIG. 1 and on one of the two ceramic insulators 19 according to FIG. 2 has also been applied as a negative print for the purposes of identification.
  • a negative print is shown in detail in FIG. 3 and provided with the reference symbol 21.
  • the ceramic insulator can also be provided with a normal positive marking and with a colorless or translucent varnish applied over it.
  • FIG. 4 shows a surge arrester 30 with two electrodes 31 and 32 and with a ceramic insulator 33. There are no connecting wires.
  • the electrodes 31 and 32 consist of copper and are provided with a tin layer 34.
  • a protective layer 35 with a width of approximately 2 mm is applied to the ceramic insulator 33.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

Um einen Gasentladungs-Überspannungsableiter (10), dessen Isolator (11, 12) aus einem Keramikröhrchen besteht, preiswert herstellen und als automatisch verarbeitbares Schüttgut handhaben zu können, ist als werkstofftechnische Ausgestaltung der äußeren Oberfläche des Überspannungsableiters vorgesehen, daß die Elektroden (11, 12) verzinnt (20) sind und daß die äußere Oberfläche des Keramikisolators mit einer ringförmigen, in Achsrichtung des Überspannungsableiters nicht unterbrochenen Schutzschicht (19) aus einem säure- und hitzebeständigen Farb- oder Lackauftrag versehen ist. Die Schutzschicht (19) hat eine Breite von mindestens 1 mm. Sie kann Teil der Kennzeichnung des Überspannungsableiters und hierzu als Negativdruck (21) ausgebildet sein. Die Elektroden (11, 12) können mit ebenfalls verzinnten Anschlußdrähten (16, 17) versehen sein.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Bauelemente und ist bei der werkstofftechnischen Ausgestaltung der äußeren Oberfläche von Gasentladungs-Überspannungsableitern anzuwenden, die wenigstens einen rohrförmigen Keramikisolator und an den Enden des Keramikisolators angeordnete und mit dem Keramikisolator gasdicht verbundene Elektroden aufweisen, deren äußere Oberfläche mit einem metallischen Überzug versehen ist.
    • Stand der Technik
  • Gasentladungs-Überspannungsableiter werden u.a. zum Schutz von Nachrichtenübertragungsstrecken eingesetzt. Dabei werden Überspannungsableiter verwendet, an deren Elektroden Anschlußdrähte angelötet, angeschweißt oder angeformt sind. Solche Überspannungsableiter können zwei einander gegenüberstehende Elektroden und gegebenenfalls eine dritte, mittig angeordnete ringförmige Elektrode aufweisen (DE-A1-28 28 650). Die mit den Elektroden verbundenen Anschlußdrähte sind ebenso wie die Elektroden üblicherweise versilbert, sofern sie aus Kupfer bestehen. Mitunter wird auch gefordert, verzinnte Anschlußdrähte zu verwenden. Dies erleichtert die Benetzung der Anschlußdrähte beim Lötvorgang mittels einer Schwallötung. Werden Kupfer-Elektroden mit angeschweißten Kupfer-Anschlußdrähten verwendet, so kann sich bei der Verschweißung eines verzinnten Anschlußdrahtes mit einer Kupferelektrode im Bereich der Schweißstelle Bronze (Cu-Sn-Legierung) bilden, wodurch die Schweißstelle mechanisch und elektrisch geschwächt wird. - Es ist weiterhin üblich, Überspannungsableiter ohne Anschlußdrähte zu verwenden. Bei solchen Ableitern werden die Elektroden unter Federkraft kontaktiert. Es ist ferner üblich, Überspannungsableiter mit legierten Eisenelektroden zu verwenden und diese Elektroden gegebenenfalls mit einer Nickelschicht zu überziehen. - Es ist weiterhin üblich, auf den Keramikisolator des Überspannungsableiters eine Kennzeichnung in Form einer Bedruckung mit Symbolen, Ziffern und Buchstaben aufzubringen.
    • Die Erfindung
  • Ausgehend von einem Gasentladungs-Überspannungsableiter mit wenigstens einem rohrförmigen Keramikisolator und mit an den Enden des Keramikisolators angeordneten und mit dem Keramikisolator gasdicht verbundenen Elektroden, bei dem die äußere Oberfläche jeder Elektrode mit einem metallischen Überzug versehen ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsableiter zu schaffen, der kostengünstig hergestellt und ohne Beeinträchtigung der Isolationsfestigkeit als automatisch verarbeitbares Schüttgut gehandhabt werden kann und der gegebenenfalls problemlos in gedruckte Schaltungen bzw. Leiterplatten einlötbar ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der metallische Überzug aus einer Verzinnung besteht und daß auf die äußere Mantelfläche jedes Keramikisolators eine in Achsrichtung des Keramikisolators nicht unterbrochene, geschlossenringförmige, isolierende Schutzsschicht aus einem säure- und hitzebeständigen Farb- oder Lackauftrag aufgebracht ist, deren Breite mindestens 1 mm beträgt.
  • Bei einem derart ausgebildeten Überspannungsableiter bildet die Verzinnung einen kostengünstigen metallischen Überzug für die Elektroden. Eine solche Verzinnung bringt zwar an sich die Gefahr mit sich, daß bei Handhabung des Überspannungsableiters als Schüttgut ein Abrieb der Zinnbeschichtung an der rauhen Mantelfläche der Keramikisolatoren erfolgt und damit das Entstehen von Isolationsfehlern begünstigt wird. Durch Aufbringen der Schutzschicht aus einem Farb- oder Lackauftrag ist diese Gefahr aber ausgeschaltet. Die Schutzschicht bildet nämlich auf der Mantelfläche des Keramikisolators einen relativ glatten Oberflächenbereich, auf dem kein schädlicher Zinnabrieb möglich ist. Die Schutzschicht ist dabei in ihrer Breite so bemessen, daß der Mindestwert der Isolationsfestigkeit (z.B. 10¹⁰ Ohm) gehalten wird, auch wenn auf den übrigen Mantelflächenbereichen des Keramikisolators ein Zinnabrieb vorliegt.
  • Die Schutzschicht kann gegebenenfalls die gesamte äußere Oberfläche des Keramikisolators bedecken. Insbesondere ab einer Breite der Schutzschicht von mehr als 3 bis 4 mm ist es in Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, diese Schutzschicht als Teil einer Kennzeichnung des Überspannungsableiters auszubilden. Die Schutzschicht kann hierzu als Negativdruck ausgebildet sein, d. h. die Schutzschicht bildet zusätzlich die Kennzeichnung. Die Schutzschicht kann aber auch eine durchsichtige, vorzugsweise farblose Deckschicht für eine übliche Bedruckung oder eine Unterlage für eine nachfolgende übliche Bedruckung bilden.
  • Die Säurebeständigkeit der Schutzschicht ermöglicht die Anwendung galvanischer Behandlungen des mit der Schutzschicht versehenen Überspannungsableiters, die im weiteren Verlauf der Herstellung des Überspannungsableiters erforderlich sind. Die Hitzebeständigkeit der Schutzschicht, die zweckmäßig mindestens 160 °C beträgt, stellt dagegen sicher, daß die Schutzschicht insbesondere bei Wechselstrombeanspruchung des Bauelementes nicht beeinträchtigt wird (Verfärbung). Als säure- und hitzebeständiger Lack für die Schutzschicht kommen vorzugsweise handelsübliche lufttrocknende Einkomponentenlacke in Betracht. Als säure- und hitzebeständige Farben kommen insbesondere Druckfarben in Betracht.
  • Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Überspannungsableiter kann auch mit verzinnten Anschlußdrähten versehen sein, um ihn auf Leiterplatten anordnen und mit Leiterbahnen verlöten zu können. Durch die Verwendung verzinnter Anschlußdrähte ist ein problemloses Einlöten in gedruckte Schaltungen oder in Leiterplatten unter Anwendung der Schwallötung gewährleistet. Bei Verwendung von nicht an die Elektroden angeformten Anschlußdrähten können diese bereits vor ihrer Verbindung, insbesondere ihrer Verlötung, mit den Elektroden verzinnt sein. Die Verzinnung der Anschlußdrähte kann aber auch gemeinsam mit der Verzinnung der Elektroden erfolgen. Insbesondere bei der Verwendung von Elektroden und Anschlußdrähten aus Kupfer ist es vorteilhaft, die Anschlußdrähte in an sich bekannter Weise mit den Elektroden zu verschweißen und diese Verschweißung im noch nicht verzinnten Zustand sowohl der Elektroden als auch der Anschlußdrähte vorzunehmen. Dadurch ist gewährleistet, daß im Bereich der Schweißstellen zwischen den Anschlußdrähten und den Elektroden keine Bronzebildung auftritt.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, bei Überspannungsableitern mit Anschlußdrähten, die für den Einbau des Bauelementes in gedruckte Schaltungen bereits beim Hersteller des Bauelementes entsprechend abgebogen sind, dieses Abbiegen ebenfalls vor dem Aufbringen der Verzinnung vorzunehmen. Dadurch wird die Gefahr des Auf- oder Abplatzens der Zinnschicht an den Biegestellen vermieden.
    • Abbildungen der Zeichnung
  • Drei Ausführungsbeispiele von gemäß der Erfindung ausgebildeten Gasentladungs-Überspannungsableitern sind in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. Dabei zeigt
    • Figur 1 einen Überspannungsableiter mit zwei Elektroden und Anschlußdrähten,
    • Figur 2 einen Überspannungsableiter mit drei Elektroden und Anschlußdrähten,
    • Figur 3 ausschnittsweise eine als Negativdruck ausgebildete Schutzschicht für das Ausführungsbeispiel gemäß
      Figur 2 und
    • Figur 4 einen Überspannungsableiter ohne Anschlußdrähte.
    Ausführungsbeispiele
  • Der Überspannungsableiter 1 gemäß Figur 1 besteht aus dem rohrförmigen Keramikisolator 2 mit an seinen Enden angeordneten Elektroden 3 und 4. Die Elektroden sind gasdicht mit dem Keramikisolator 2 verlötet. An die Elektroden, die aus Kupfer bestehen, sind weiterhin die Anschlußdrähte 5 bzw. 6 aus Kupfer angeschweißt. Nach der Verbindung der Elektroden mit dem Keramikisolator ist auf die äußere Oberfläche des Keramikisolators 2 eine Lackschicht 7 mit einem üblichen Bedruckungsverfahren aufgetragen worden. Diese Lackschicht bedeckt die gesamte äußere Mantelfläche des Keramikisolators und hat eine Breite von etwa 5 mm. Eine Breite von 1 mm wäre bereits ausreichend. Bei einer Breite, die geringer ist als der äußere Abstand der beiden Elektroden 3 und 4, kann die Schutzschicht mittig oder außermittig zu den Elektroden 3 und 4 angeordnet sein.
  • Nach Verschweißung der Anschlußdrähte 5 und 6 mit den Elektroden wurde der Überspannungsableiter einer galvanischen Behandlung unterzogen, mit der auf die äußere Oberfläche der Elektroden 3 und 4 und auf die Anschlußdrähte 5 und 6 eine Zinnschicht 8 abgeschieden wurde.
  • Figur 2 zeigt einen Gasentladungs-Überspannungsableiter 10 mit drei Elektroden. Der Ableiter besteht hierzu aus den beiden rohrförmigen Keramikisolatoren 11 und 12, die koaxial zueinander mittels der Ringelektrode 13 verbunden sind. An den beiden anderen Enden der Keramikisolatoren 11 und 12 sind die Elektroden 14 bzw. 15 angeordnet. An diese Elektroden sowie an die Ringelektrode 13 sind die Anschlußdrähte 16,17 und 18 angeschweißt. Elektroden und Anschlußdrähte bestehen aus Kupfer. - Auch bei diesem Überspannungsableiter sind die Keramikisolatoren 11 und 12 nach ihrer gasdichten Verbindung mit den Elektroden 14 und 15 jeweils mit einer Lackschicht 19 versehen worden. Nach der Verschweißung der Anschlußdrähte mit den Elektroden wurde der Überspannungsableiter einer galvanischen Behandlung unterzogen, wobei auf die Elektroden und die Anschlußdrähte eine Zinnschicht 20 abgeschieden wurde.
  • Der Lackauftrag 7 auf den Keramikisolator 2 gemäß Figur 1 und auf einen der beiden Keramikisolatoren 19 gemäß Figur 2 ist zu Zwecken der Kennzeichnung zugleich als Negativdruck aufgetragen worden. Ein solcher Negativdruck ist in Figur 3 ausschnittsweise dargestellt und mit dem Bezugszeichen 21 versehen. - Anstelle dieses Negativdruckes kann der Keramikisolator auch mit einer normalen positiven Kennzeichnung und mit einem darüber aufgetragenen farblosen oder durchscheinenden Lackauftrag versehen sein. Es ist aber auch möglich, zunächst die Schutzschicht aus einem Farb-oder Lackauftrag und anschließend die auf den Farb- oder Lackauftrag farblich abgestimmte Bedruckung aufzubringen.
  • Figur 4 zeigt einen Überspannungsableiter 30 mit zwei Elektroden 31 und 32 und mit einem Keramikisolator 33. Anschlußdrähte sind nicht vorhanden. Die Elektroden 31 und 32 bestehen aus Kupfer und sind mit einer Zinnschicht 34 versehen. Auf den Keramikisolator 33 ist eine Schutzschicht 35 mit einer Breite von etwa 2 mm aufgetragen.

Claims (8)

  1. Gasentladungs-Überspannungsableiter (1) mit wenigstens einem rohrförmigen Keramikisolator (2) und mit an den Enden des Keramikisolators angeordneten und mit dem Keramikisolator gasdicht verbundenen Elektroden (3,4),
    bei dem die äußere Oberfläche jeder Elektrode mit einem metallischen Überzug (8) versehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der metallische Überzug aus einer Verzinnung (8) besteht und daß auf die äußere Mantelfläche jedes Keramikisolators (2) eine in Achsrichtung des Keramikisolators nicht unterbrochene, geschlossen-ringförmige, isolierende Schutzschicht (7) aus einem säure- und hitzebeständigen Farb- oder Lackauftrag aufgebracht ist, deren Breite mindestens 1 mm beträgt.
  2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, bei dem die ringförmige Schutzschicht (7) Teil einer Kennzeichnung ist.
  3. Überspannungsableiter nach Anspruch 2, bei dem die ringförmige Schutzschicht (7) zur Bildung der Kennzeichnung als Negativdruck (21) ausgebildet ist.
  4. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, bei dem die ringförmige Schutzschicht (7) aus einem lufttrocknenden Einkomponentenlack besteht.
  5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, bei dem die Elektroden (3, 4) mit Anschlußdrähten (5, 6) versehen sind, die ebenfalls verzinnt sind.
  6. Überspannungsableiter nach Anspruch 5, bei dem die Elektroden (3,4) und die Anschlußdrähte (5,6) aus Kupfer bestehen und miteinander verschweißt sind.
  7. Überspannungsableiter nach Anspruch 6, bei dem die Elektroden (3,4) und die Anschlußdrähte (5,6) im noch nicht verzinnten Zustand miteinander verschweißt sind.
  8. Überspannungsableiter nach Anspruch 5 mit für den Einbau in gedruckte Schaltungen abgebogenen Anschlußdrähten, bei dem die Anschlußdrähte (16,18) vor dem Aufbringen der Verzinnung abgebogen sind.
EP88908942A 1988-09-27 1988-10-12 Gasentladungs-überspannungsableiter Expired - Lifetime EP0436529B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3833167A DE3833167A1 (de) 1988-09-27 1988-09-27 Gasentladungs-ueberspannungsableiter
DE3833167 1988-09-27
PCT/DE1988/000638 WO1990003677A1 (de) 1988-09-27 1988-10-12 Gasentladungs-überspannungsableiter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0436529A1 EP0436529A1 (de) 1991-07-17
EP0436529B1 true EP0436529B1 (de) 1994-04-27

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP88908942A Expired - Lifetime EP0436529B1 (de) 1988-09-27 1988-10-12 Gasentladungs-überspannungsableiter

Country Status (6)

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US (1) US5103135A (de)
EP (1) EP0436529B1 (de)
JP (1) JP2666188B2 (de)
AU (1) AU619506B2 (de)
DE (2) DE3833167A1 (de)
WO (1) WO1990003677A1 (de)

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