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Die
Erfindung betrifft eine gekapselte, druckfest ausgeführte,
nicht hermetisch dichte, rotationssymmetrische Hochleistungsfunkenstrecke
mit zwei beabstandet gegenüberliegenden Hauptelektroden, einem
zylinderförmigen metallischen Außengehäuse,
gegebenenfalls einer Triggerelektrode sowie elektrischen Anschlusskontakten
für die Hauptelektroden gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Bei Überspannungsableitern
auf der Basis von Funkenstrecken gemäß dem Stand
der Technik werden diese bei Anwendungen im Niederspannungsbereich
gekapselt ausgeführt, um das die Umgebung gefährdende
Ausblasen von heißen oder noch ionisierten Gasen zu vermeiden.
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Bei
zum älteren Stand der Technik gehörenden ausblasenden
Ableitern wird der größte Teil des Energieumsatzes
bis ca. 90% in Form von heißem Gas an die Umgebung abgegeben.
Es ist offensichtlich, dass durch das Vermeiden des Ausblasens bei modernen
Funkenstrecken sowohl die thermische als auch die dynamische Belastung
ansteigt. Diese steigenden Belastungen erschweren bei gekapselten Ableitern
die notwendige Beherrschung hoher Impuls- und Folgeströme
bei möglichst geringer Baugröße.
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Zur
Realisierung niedriger Schutzpegel im Bereich weniger kV werden
die Ableiter mit zusätzlichen Triggereinrichtungen versehen.
Eine solche Triggereinrichtung erfordert eine Isolation der zusätzlichen,
im allgemeinen mit Hochspannung belasteten weiteren Elektrode. Der
Mehraufwand an Bauraum und die zusätzlichen Isolationsmaterialien
führen ebenfalls zu einer weiteren Einschränkung
der Leistungsfähigkeit derartig realisierter Ableiter.
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Gemäß der
DE 100 08 764 A1 und
der dort gezeigten gekapselten Funkenstrecke ist es bekannt, das
Triggerpotential über die metallische Gehäuseummantelung
der Funkenstrecke zuzuführen. Die dort vorgesehenen Hauptelektroden
werden isoliert gegeneinander und gegenüber dem Gehäuse
in die Funkenstrecke eingebracht. Aufgrund der geringen Lichtbogenlänge
und der nur einfachen Aufteilung des Lichtbogens kann mit dieser
Lösung des Standes der Technik jedoch nur eine geringe
Folgestrombegrenzung erreicht werden.
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Bei
dem gekapselten Ableiter nach
DE 100 18 012 A1 wird das Potential der Zündelektrode ebenfalls über
den druckfesten metallischen Mantel der Funkenstrecke zugeführt.
Der dortige druckfeste Mantel ist aus einem Stück gefertigt
und es wird zur Herstellung auf ein einfaches Umformverfahren zurückgegriffen.
Der Verzicht auf eine isolierte Durchführung des Zündpotentials
führt bei dieser Variante jedoch zu einem Mehraufwand an
Isolation im Inneren der Funkenstrecke, da beide Elektroden nicht
nur gegeneinander, sondern auch gegenüber dem gesamten
Gehäuse isoliert sein müssen. Neben dem höheren
Platzbedarf wird durch die aufwendige und spannungsfeste Isolation
insbesondere auch die Wärmeabgabe aus der Funkenstrecke
behindert. Dies führt zu einer erhöhten thermischen
Belastung der Isolationsteile, zu langen Abkühlzeiten und
zu einer enormen Einschränkung des für die Funkenstrecke
zur Verfügung stehenden Raums. Alle diese Nachteile begrenzen
letztendlich die Leistungsfähigkeit der Funkenstrecke.
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Dann,
wenn zur Verbesserung bestimmter Parameter einer Funkenstrecke eine
zusätzliche Abgabe von Hartgas erfolgt, entsteht ein hoher
Energieumsatz, der neben der thermischen Belastung zu einer weiteren
Erhöhung bzw. einer dynamischen Druckbelastung sowohl bei
Impuls- als auch bei Folgeströmen führt.
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In
der
DE 101 64 025
A1 ist eine gekapselte triggerbare Funkenstrecke gezeigt,
welche nach dem Radax-Flow-Prinzip arbeitet. Bei dieser Lösung
des Standes der Technik wird das vorhandene quaderförmige
Gehäuse der Funkenstrecke zur Kühlung der heißen
Gase verwendet. Die Zuführung zur Triggerelektrode erfolgt
durch die Isolationsteile der zweiten, gegenüber dem Gehäuse
isolierten Hauptelektrode. Eine derartige Variante ist aufgrund
der geometrischen Ausführungsform des Gehäuses
sehr aufwendig und schränkt den Platz des aktiven Lichtbogenbereichs
gegenüber dem Bereich zur Abkühlung der Gase erheblich
ein.
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Die
vorstehend kurz gewürdigten Lösungen des Standes
der Technik umfassen blitzstromtragfähige Niederspannungs-Luftfunkenstrecken,
welche aufgrund ihres konstruktiven Aufbaus eine an sich hohe Druckfestigkeit
besitzen.
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In
der
EP 0 305 077 A1 wird
eine Funkenstrecke geringerer Leistungsfähigkeit vorgestellt,
bei welcher eine Triggerelektrode durch den aus Isolationsmaterial
bestehenden Außenmantel einer Funkenstrecke hindurchgeführt
wird. Diese, nicht blitzstromtragfähige Funkenstrecke besitzt
geringe Hauptelektrodenabstände und keine Mittel zur Erhöhung
der Lichtbogenspannung. Der Leistungsumsatz und damit die einhergehende
thermische und dynamische Belastung dieser Funkenstrecke des Standes der
Technik ist unzureichend. Für den Einsatz in Niederspannungsnetzen
ist eine derartige Funkenstrecke ungeeignet. Die dynamische Belastbarkeit
des dortigen Gehäuses und der Durchführung der
Triggerelektrode ist ebenfalls gering.
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Aus
dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte,
gekapselte, druckfest ausgeführte, nicht hermetisch dichte,
rotationssymmetrische Hochleistungsfunkenstrecke mit zwei beabstandet
gegenüberliegenden Hauptelektroden, einem zylinderförmigen
metallischen Außengehäuse, gegebenenfalls einer
Triggerelektrode sowie elektrischen Anschlusskontakten für
die Hauptelektroden anzugeben, wobei die Funkenstrecke im Vergleich
zum Bekannten eine hohe Stoßstromtragfähigkeit
bei einer dennoch einfachen, technologisch beherrschbaren Konstruktion
gewährleisten soll.
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Die
Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Funkenstrecke
gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch
1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige
Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
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Erfindungsgemäß wird
das zylinderförmige Außengehäuse mit
mindestens einer radial orientierten Öffnung in Form einer
Bohrung oder Ausnehmung versehen, durch welche ein elektrischer
Zugang zu mindestens einer der im Inneren befindlichen Elektroden
geschaffen ist. Hierbei kann es sich um mindestens eine der Hauptelektroden
und/oder einen Zugang für eine möglicherweise
notwendige oder vorgesehene Trigger- oder Zündelektrode
handeln.
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In
die Bohrung oder Ausnehmung ist dann ein elektrisch isoliertes Kontaktelement,
die jeweilige Öffnung abdichtend, einführbar.
Das elektrisch isolierte Kontaktelement befindet sich demnach in
nichtleitender Verbindung zum bevorzugt metallischen Außengehäuse.
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Bei
dieser ersten Ausführungsform gemäß dem
Grundgedanken der Erfindung ist die Funkenstrecke mit den rotationssymmetrischen
Teilen montierbar und es wird das metallische Außengehäuse durch
Umbördeln dicht und mechanisch stabil gehalten. Nach dieser
Montage erfolgt dann das Ausbilden der Öffnung z. B. durch
Anbohrung. Diese Anbohrung endet dann entweder an der jeweiligen
Elektrode oder an einem ausgestaltend vorgesehenen leitfähigen
oder halbleitenden ringförmigen Stützelement. Dieses
Stützelement kann, zum Zweck der Kontaktierung mit einer
Triggerelektrode in Verbindung stehend, realisiert werden und ist
im Inneren des Außengehäuses angeordnet, wobei
sich das ringförmige Stützelement im Abstandsraum
zwischen den Hauptelektroden, eingebettet in ein Isolationsmaterial,
befindet. Zum optimalen Erreichen der Anbohrung mit vorgegebener
Bohrtiefe ist die Außenwandung des ringförmigen
Stützelements im Wesentlichen parallel zur Gehäusewandung
verlaufend. Wie dargelegt, ist bei dieser Variante die Öffnung
als Anbohrung mindestens bis zum Oberfläche der Außenwandung
des ringförmigen Stützelements geführt.
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Das
ringförmige Stützelement erhöht die Druckfestigkeit
der Gesamtanordnung im Bereich der radial orientierten Öffnung
bzw. Bohrung und gleicht die hierdurch entstandene Schwächung
des Außengehäuses mindestens aus.
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Bei
einer weiteren Ausführungsvariante ist das metallische
Außengehäuse zweiteilig verschraubt ausgebildet,
wobei sich in mindestens einer der Außengehäusehälften
die Ausnehmung zur elektrischen Kontaktierung befindet. Diese Ausnehmung nimmt
einen Isolationseinsatz sowie das notwendige elektrische Kontaktelement
auf.
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Auch
bei dieser Ausführungsvariante ist im Falle einer vorgesehenen
Triggerelektrode ein leitfähiges ringförmiges
Stützelement, mit der Triggerelektrode in Verbindung stehend,
im Inneren des Außengehäuses angeordnet, wobei
sich das ringförmige Stützelement im Abstandsraum
zwischen den Hauptelektroden, eingebettet in ein Isolationsmaterial,
befindet und die Ausnehmung den gewünschten Zugang zur
Außenwandung des ringförmigen Stützelements
gewährleistet.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert
werden.
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Hierbei
zeigen:
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1 eine
Ausführungsform der gekapselten, druckfest ausgeführten,
nicht hermetisch dichten, rotationssymmetrischen Hochleistungsfunkenstrecke
mit einteiligem Außengehäuse und radial orientierter Öffnung
in Form einer Bohrung zur Kontaktierung einer Triggerelektrode und
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2 eine
Darstellung ähnlich derjenigen nach 1, jedoch
ausgehend von einem zweiteiligen, verschraubten metallischen Außengehäuse.
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Die
in der Prinzipdarstellung im Schnitt gemäß 1 gezeigte
Funkenstrecke weist einen rotationssymmetrischen Aufbau auf, wobei
nach der Montage der Funkenstrecke das zylinderförmige
Außengehäuse 1 radial seitlich mit einer
definierten Bohrtiefe angebohrt wird. Diese Anbohrung endet an einem
ringförmigen Stützelement 12, welches
mit der Triggerelektrode 6 elektrisch verbunden ist.
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Das
ringförmige Stützelement 12 ist gegenüber
den Hauptelektroden 2 und 3 und dem Außengehäuse 1 der
Funkenstrecke isoliert.
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In
die so ausgebildete Öffnung wird ein isolierter metallischer
Kontakt 13 eingebracht.
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Die
Realisierung der Druckfestigkeit insbesondere im Bereich der Anbohrung
wird durch den Stützring und die Isolation des metallischen
Kontakts 13 erreicht sowie durch die notwendige Passung
der Teile, insbesondere des isolierten elektrischen Kontakts 13 bezogen
auf das Maß der Bohrung im Außengehäuse 1.
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Durch
eine mäanderförmige Umlenkung oder Verrastung,
dargestellt mit dem Bezugszeichen 14 der Stapelteile im
Entladungsbereich 7 sowie die entsprechend mäanderförmige
Gestaltung der Triggerelektrode wird ein seitliches Ausgasen vermieden.
Durch die vorstehenden Maßnahmen ergibt sich eine hohe
Druckfestigkeit ohne Ausgasgefahr selbst bei hohen Impulsbelastungen.
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Die
Isolation am metallischen Kontakt 13 kann bei Bedarf zusätzlich
verklebt und auf diese Weise abgedichtet werden.
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Prinzipiell
kann die Bohrung auch vor Montage im Außengehäuse 1 eingebracht
werden, wobei sich hier allerdings bedingt durch die Lageabhängigkeit
der Montageaufwand erhöht. Die angrenzenden Isolationsteile
besitzen dann bei dieser Ausführungsform bis zum inneren
metallischen Kontakt eine Öffnung, welche z. B. bei axialsymmetrischen
Teilen als umlaufender Spalt bzw. bei einem unsymmetrischen Isolationsteil
auch als Bohrung ausführbar ist (nicht dargestellt).
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Die
Hauptelektroden 2 und 3 sind bei der Ausführungsform
nach 1 und 2 über isolierende
Durchführungen 4 und 5 gehalten und besitzen einen überstehenden,
nach außen orientierten Fortsatz zur elektrischen Kontaktierung.
Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, dass
das Außengehäuse einen einseitig vollständig
geschlossenen Boden aufweist, wobei eine der Hauptelektroden isoliert
sich auf der Bodeninnenseite befindet und durch eine seitliche,
radial orientierte Öffnung anstelle der üblichen stirnseitigen
Kontaktierung elektrisch anschließbar ist.
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Gemäß der
Darstellung nach 2 wird von einem zweiteiligen
Außengehäuse 1.1 und 1.2 ausgegangen,
das durch ein geeignetes Gewinde unmittelbar oder mit Hilfe einer Überwurfhülse
mittelbar durch Verschrauben verbindbar ist.
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In
mindestens einer der Gehäusehälften 1.1 ist
eine Ausnehmung 15 eingebracht, welche so platziert ist,
dass der isolierte elektrische Kontakt 13 durchführbar
ist, der wiederum mit dem ringförmigen Stützelement 12 und über
dieses Stützelement 12 mit der Triggerelektrode 6 in
Verbindung steht.
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Die
Isolation für das elektrische Kontaktelement 13 kann
hier als zweiteiliges Isolationsstück ausgeführt
sein, welches gleichzeitig das Stützelement 12 und
die Triggerelektrode 6 fixiert.
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Alles
in allem gelingt es mit der vorgestellten Erfindung, in besonders
einfacher Weise einen elektrischen Anschluss mindestens einer Triggerelektrode
und/oder einer der Hauptelektroden bei gekapselten Funkenstrecken
zu realisieren, ohne dass es hierbei zu einem unvertretbar hohen
Montageaufwand bei der Fertigung in den notwendigen und angestrebten
hohen Stückzahlen kommt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10008764
A1 [0005]
- - DE 10018012 A1 [0006]
- - DE 10164025 A1 [0008]
- - EP 0305077 A1 [0010]