EP0635919B1

EP0635919B1 - Overvoltage protection element

Info

Publication number: EP0635919B1
Application number: EP94108276A
Authority: EP
Inventors: Klaus Prof. Dr.-Ing. Scheibe; Eberhard Dipl.-Ing. Lehmann; Gerhard Oertel; Holger Dr.-Ing. Altmaier
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1998-08-05
Anticipated expiration: 2014-05-30
Also published as: ATE169430T1; ES2154431T3; JP2888754B2; EP0635919A2; CN1097903A; ES2121117T3; EP0635919A3; CN1044952C; JPH07135065A; ATE198813T1

Abstract

An overvoltage protection element (1) for dissipating transient overvoltages is illustrated and described, having two electrodes (2), an air discharge spark gap (3) acting between the electrodes (2), and a housing (4) which accommodates the electrodes (2), each electrode (2) having a connecting limb (5) and a spark horn (6) which runs at an acute angle with respect to the connecting limb (5), and the spark horns (6) of the two electrodes (2) - which are arranged at a distance from one another - together forming the air discharge spark gap (3). The overvoltage protection element (1) according to the invention is improved in terms of its overvoltage protection behaviour, particularly with respect to the response voltage, the lightning-current carrying capacity, the line follow current carrying capacity and the line follow current extinguishing behaviour, to be precise primary in that the spark horns (6) of the electrodes (2) are provided in their regions adjacent to the connecting limbs (5) with a hole (7) which runs through the connecting limbs (5). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzelement zur Ableitung von transienten Überspannungen, mit zwei Elektroden, einer zwischen den Elektroden wirksamen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke und einem die Elektroden aufnehmenden Gehäuse, wobei jede Elektrode einen Anschlußschenkel und ein unter einem spitzen Winkel zu dem Anschlußschenkel verlaufendes Funkenhorn aufweist und die Funkenhörner der beiden - mit Abstand zueinander angeordneten - Elektroden zusammen die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke bilden und wobei die Funkenhörner der Elektroden in ihren an die Anschlußschenkel angrenzenden Bereichen mit einer Bohrung versehen sind.The invention relates to an overvoltage protection element for the derivation of transients Surges, with two electrodes, one effective between the electrodes Air breakdown spark gap and a housing that receives the electrodes, where each electrode has one lead leg and one at an acute angle the connecting leg has a spark horn and the spark horns both - spaced apart - electrodes together the air breakdown spark gap form and with the spark horns of the electrodes in provide their areas adjacent to the connecting leg with a bore are.

Elektrische, insbesondere aber elektronische Meß-, Steuer-, Regel- und Schaltkreise, vor allem auch Fernmeldeeinrichtungen und -anlagen, sind empfindlich gegen transiente Überspannungen, wie sie insbesondere durch atmosphärische Entladungen, aber auch durch Kurzschlüsse und Schalthandlungen in Energieversorgungsnetzen auftreten können. Diese Empfindlichkeit hat in dem Maße zugenommen, in dem elektronische Bauelemente, insbesondere Transistoren und Thyristoren, verwendet werden; vor allem sind zunehmend eingesetzte integrierte Schaltkreise in starkem Maße durch transiente Überspannungen gefährdet.Electrical, but in particular electronic measuring, control, regulating and switching circuits, especially telecommunications equipment and systems are sensitive to transients Surges such as those caused by atmospheric discharges, but also due to short circuits and switching operations in energy supply networks may occur. This sensitivity has increased as electronic Components, in particular transistors and thyristors, are used; above all, integrated circuits are increasingly being used to a large extent endangered by transient overvoltages.

Neben dem Überspannungsschutzelement, von dem die Erfindung ausgeht (vgl. die DE-PS 20 07 293), also einem solchen mit einer Luft-Durchschlag-Funkenstrecke (vgl. auch die DE 37 16 997 C2), gibt es Überspannungsschutzelemente mit einer Luft-Überschlag-Funkenstrecke, bei denen also beim Ansprechen eine Gleitentladung auftritt (vgl. die DE 27 18 188 A1, die DE 29 34 236 A1 und die DE 31 01 354 A1).In addition to the surge protection element from which the invention is based (cf. the DE-PS 20 07 293), ie one with an air breakdown spark gap (see also DE 37 16 997 C2), there are surge protection elements with a Air flashover spark gap, which means a sliding discharge when activated occurs (see. DE 27 18 188 A1, DE 29 34 236 A1 and DE 31 01 354 A1).

Überspannungsschutzelemente der Art, von der die Erfindung ausgeht, also solche mit einer Luft-Durchschlag-Funkenstrecke, haben gegenüber Überspannungsschutzelementen mit einer Luft-Überschlag-Funkenstrecke den Vorteil einer höheren Stoßstromtragfähigkeit, jedoch den Nachteil einer höheren - und auch nicht sonderlich konstanten - Ansprechspannung.Surge protection elements of the type from which the invention is based, that is to say those with an air breakdown spark gap, have overvoltage protection elements with an air flashover spark gap the advantage of a higher one Surge current carrying capacity, but the disadvantage of a higher one - and not particularly constant - response voltage.

Es sind nun bereits verschiedene Überspannungsschutzelemente mit einer Luft-Durchschlag-Funkenstrecke entwickelt worden, die in bezug auf die Ansprechspannung verbessert worden sind, und zwar dadurch, daß zwischen sich gegenüberstehenden Elektroden eine - eine Gleitentladung auslösende - Zündhilfe vorgesehen ist, die als Hilfs-Luft-Überschlag-Funkenstrecke zwischen den sich gegenüberstehenden Elektroden wirkt (vgl. die DE 41 41 681 A1, die DE 41 41 682 A1 und die DE 42 44 051 A1).There are now various surge protection elements with an air breakdown spark gap has been developed in terms of response voltage have been improved by the fact that between each other Electrodes an ignition aid which triggers a sliding discharge is provided, the as an auxiliary air-arcing spark gap between the opposing Electrodes act (cf. DE 41 41 681 A1, DE 41 41 682 A1 and DE 42 44 051 A1).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Überspannungsschutzelement, von dem die Erfindung ausgeht, insgesamt in seinem Überspannungsschutzverhalten zu verbessern, insbesondere auch in bezug auf die Ansprechspannung, das Blitzstoßstrom- und Netzfolgestrom-Tragfähigkeitsverhalten und das Netzfolgestrom-Löschverhalten.The invention is based on the object, the overvoltage protection element, from which the invention is based, overall in its surge protection behavior to improve, especially with regard to the response voltage, the lightning impulse current and line follow current carrying capacity behavior and line follow current deletion behavior.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist zunächst und im wesentlichen daduurch gelöst, daß zwischen den sich gegenüberstehenden Enden der Anschlußschenkel der beiden Elektroden eine - eine Gleitentladung auslösende - Zündhilfe vorgesehen ist und die Zündhilfe bis in die Mitte der Bohrungen oder geringfügig mehr in die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke hineinragt.The task outlined above is first and essentially accomplished, that between the opposite ends of the connecting leg of the two Electrodes an ignition aid - which triggers a sliding discharge - is provided and the Ignition aid into the center of the holes or slightly more into the air breakdown spark gap protrudes.

Bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelement ist in den engsten Teil der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke, also dort, wo ein Ansprechen stattfindet, eine Hilfs-Luft-Überschlag-Funkenstrecke integriert, die mit den dort realisierten Bohrungen in den Funkenhörnern der Elektroden zusammenwirkt.In the overvoltage protection element according to the invention, the narrowest part of the Air breakdown spark gap, i.e. where there is a response, an auxiliary air flashover spark gap integrated with the holes in interacts with the spark horns of the electrodes.

Die integrierte Hilfs-Luft-Überschlag-Funkenstrecke hat eine relativ konstante und vor allem geringere Ansprechspannung als die dem eigentlichen Überspannungsschutz dienende Luft-Durchschlag-Funkenstrecke. Einmal angesprochen, bei einer relativ konstanten niedrigen Ansprechspannung, führt die gezündete Hilfs-Luft-Überschlag-Funkenstrecke zu einem "schlagartigen" Zünden der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke mit relativ hoher Stromtragfähigkeit, also hoher Blitzstoßstrom und Netzfolgestromtragfähigkeit. Bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelement sind also die Vorteile einer Luft-Durchschlag-Funkenstrecke und einer Luft-Überschlag-Funkenstrecke verwirklicht und deren Nachteile eliminiert, wobei das Zusammenwirken der in den Funkenhörnern der Elektroden realisierten Bohrungen mit der erläuterten Zündhilfe das Überspannungsschutzverhalten des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelementes in besonderer, nicht ohne weiteres erklärbarer Weise verbessert. The integrated auxiliary air arcing spark gap has a relatively constant and above all, lower response voltage than that of the actual surge protection serving air breakdown spark gap. Once addressed, at one relatively constant low response voltage, leads the ignited auxiliary air arcing spark gap to a "sudden" ignition of the air breakdown spark gap with a relatively high current carrying capacity, i.e. high lightning impulse current and Mains current carrying capacity. In the overvoltage protection element according to the invention are the advantages of an air breakdown spark gap and an air flashover spark gap realized and their disadvantages eliminated, the Interaction of the holes made in the spark horns of the electrodes with the ignition aid explained, the surge protection behavior of the invention Surge protection element in a special, not easily explainable Way improved.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelementes ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht, der bei einer Verbrennung keinen Kohlenstoff abgibt, oder zumindest teilweise mit einem solchen Kunststoff ausgekleidet ist. Normalerweise ist der Einbau von eine Luft-Durchschlag-Funkenstrecke bildenden Elektroden mit Funkenhörnern in ein relativ kleines, aus Kunststoff, der bei einer Erhitzung bzw. einer Verbrennung Kohlenstoff abgibt, bestehendes Gehäuse problematisch. Insbesondere kommt es aufgrund des nach dem Ansprechen entstehenden sehr heißen Lichtbogens zu einer Verbrennung des Kunststoffes und damit zu einer enormen Abgabe von Kohlenstoff. Das führt dazu, daß die Elektroden verschmutzen und keine Isolationsfestigkeit mehr vorhanden ist. Darüber hinaus beeinträchtigt auch der enorme Kohlenstoffanteil im Gasgemisch das Löschverhalten der Elektroden. Die zuvor beschriebenen Nachteile treten dann natürlich nicht auf, wenn das Gehäuse zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht, der bei einer Erhitzung bzw. einer Verbrennung keinen Kohlenstoff abgibt, oder wenn das Gehäuse zumindest teilweise mit einem solchen Kunststoff ausgekleidet ist.Another particularly preferred embodiment of the surge protection element according to the invention is characterized in that the housing at least partially made of a plastic that does not contain carbon when burned emits, or is at least partially lined with such a plastic. Usually is the installation of electrodes forming an air breakdown spark gap with spark horns in a relatively small, plastic, which when heated or gives off carbon from a combustion, existing housing is problematic. In particular, it happens very much because of the response that arises hot arc to burn the plastic and thus to an enormous Release of carbon. This leads to the electrodes becoming dirty and there is no longer any insulation resistance. In addition, the enormous proportion of carbon in the gas mixture the extinguishing behavior of the electrodes. The one before Disadvantages described do not occur, of course, if the housing at least partially consists of a plastic that when heated or Combustion does not give off carbon, or if the housing is at least partially is lined with such a plastic.

Eine wiederum besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelementes ist dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandungen des Gehäuses relativ nahe an die Funkenhörner der Elektroden herangezogen sind. Durch diese Lehre tritt eine außerordentlich gute atmosphärische Beblasung des Lichtbogens ein. Er läuft sehr schnell an die Spitzen der Funkenhörner, frißt sich also nicht im Zündbereich fest.Another particularly preferred embodiment of the invention Surge protection element is characterized in that the side walls of the housing relatively close to the spark horns of the electrodes are. This teaching results in an extraordinarily good atmospheric blowing of the Arc on. It runs very quickly to the tips of the spark horns, so it eats itself not stuck in the ignition area.

Schließlich ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelementes dadurch gekennzeichnet, daß der den Funkenhörnern der Elektroden benachbarte Gehäusedeckel aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise aus Kupferwolfram besteht, wobei dann in aller Regel der Abstand zwischen den dem Gehäusedeckel benachbarten Enden der Funkenhörner der Elektroden und dem Gehäusedeckel so gewählt ist, daß zwischen den dem Gehäusedekkel benachbarten Enden der Funkenhörner und dem Gehäusedeckel Lichtbögen entstehen können. Bei diesem Überspannungsschutzelement wandert der Lichtbogen zunächst aus dem Zündbereich an die Spitzen der Funkenhörner. Dann bilden sich zwischen den Spitzen der Funkenhörner und dem aus elektrisch leitendem Material bestehenden Gehäusedeckel zwei Lichtbögen. Die sich dabei aufbauende Leiterschleife sorgt dafür, daß die beiden Lichtbögen hinter die Funkenhörner getrieben werden. Das hat zur Folge, daß sich zwei Lichtbögen ausbilden, die insgesamt für eine enorm hohe Bogenbrennspannung beim Netzfolgestrom sorgen. Das wiederum führt dazu, daß das Löschverhalten für den Netzfolgestrom sich wesentlich verändert hat, nämlich eine quasi-kurzschlußfeste Entladungsstrecke entstanden ist. Da die beiden Lichtbögen sich hinter den Funkenhörnern befinden, ist dadurch auch der empfindliche Zündbereich zwischen den Funkenhörnern außerordentlich gut geschützt.Finally, a particularly preferred embodiment of the invention Surge protection element characterized in that the spark horns the housing cover of electrically conductive material adjacent to the electrodes, preferably consists of copper tungsten, in which case the distance is usually between the ends of the spark horns of the electrodes adjacent to the housing cover and the housing cover is chosen so that between the housing cover Arcing occurs between adjacent ends of the spark horns and the housing cover can. The arc travels with this surge protection element first from the ignition area to the tips of the spark horns. Then form between the tips of the spark horns and that of electrically conductive material existing housing cover two arcs. The resulting conductor loop ensures that the two arcs are driven behind the spark horns will. As a result, two arcs are formed, the total for ensure an enormously high arc voltage during the line follow current. That in turn leads to a significant change in the quenching behavior for the line follow current has, namely a quasi short-circuit proof discharge path has arisen. Since the two Arcing behind the spark horns is also the most sensitive Ignition area between the spark horns extremely well protected.

Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das in Verbindung mit einer Zeichnung erläutert wird. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1: eine Seitenansicht einer bevorzugten ersten Ausführungsform einer Elektrode eines erfindungsgemäßen Überspännungsschutzelements,
Fig. 2: eine Seitenansicht einer bevorzugten zweiten Ausführungsform einer Elektrode eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements,
Fig. 3: eine Seitenansicht von zwei zusammenwirkenden Elektroden nach Fig. 1,
Fig. 4: einen Schnitt durch die Elektroden nach Fig. 3 längs der Linie IV - IV,
Fig. 5: einen Querschnitt durch eine nur schematisch dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements,
Fig. 6: einen Längsschnitt durch das Überspannungsschutzelement nach Fig. 5,
Fig. 7: einen Längsschnitt durch eine detailliert dargestellte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements,
Fig. 8: eine Draufsicht auf das Überspannungsschutzelement nach Fig. 7, teilweise geschnitten,
Fig. 9: einen Schnitt durch das Überspannungsschutzelement nach Fig. 7 (längs der Linie IX - IX in Fig. 8) und
Fig. 10: einen Schnitt durch das Überspannungsschutzelement nach Fig. 7 (längs der Linie X - X in Fig. 8).

In particular, there are various options for designing and developing the surge protection element according to the invention. For this purpose, reference is made on the one hand to the claims subordinate to claim 1, and on the other hand to a particularly preferred exemplary embodiment which is explained in connection with a drawing. Show in the drawing

Fig. 1: 2 shows a side view of a preferred first embodiment of an electrode of an overvoltage protection element according to the invention,
Fig. 2: 2 shows a side view of a preferred second embodiment of an electrode of an overvoltage protection element according to the invention,
Fig. 3: 2 shows a side view of two interacting electrodes according to FIG. 1,
Fig. 4: 4 shows a section through the electrodes according to FIG. 3 along the line IV-IV,
Fig. 5: 2 shows a cross section through a preferred embodiment of an overvoltage protection element according to the invention, shown only schematically,
Fig. 6: 5 shows a longitudinal section through the overvoltage protection element according to FIG. 5,
Fig. 7: 2 shows a longitudinal section through a preferred embodiment of an overvoltage protection element according to the invention, shown in detail,
Fig. 8: 7 shows a top view of the surge protection element according to FIG. 7, partly in section,
Fig. 9: a section through the overvoltage protection element according to Fig. 7 (along the line IX - IX in Fig. 8) and
Fig. 10: a section through the surge protection element of FIG. 7 (along the line X - X in Fig. 8).

Das erfindungsgemäße, in den Figuren - teilweise, Fig. 1 bis 4, bzw. insgesamt, Fig. 5 und 6 sowie 7 bis 10 - dargestellte Überspannungsschutzelement 1 dient zur Ableitung von transienten Überspannungen und zur Begrenzung von Stoßströmen und besteht in seinem wesentlichen Aufbau aus zwei Elektroden 2, einer zwischen den Elektroden 2 wirksamen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 und einem die Elektroden 2 aufnehmenden Gehäuse 4. Jede Elektrode 2 weist einen Anschlußschenkel 5 und ein unter einem spitzen Winkel zu dem Anschlußschenkel 5 verlaufendes Funkenhorn 6 auf. Wie die Fig. 1 bis 3 und 6 zeigen, bezieht sich der spitze Winkel zwischen dem Anschlußschenkel 5 und dem Funkenhorn 6 auf die Funktionsfläche des Funkenhorns 6. Die Funkenhörner 6 der beiden mit Abstand zueinander angeordneten - Elektroden 2 bilden zusammen die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3. Dadurch, daß die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 in der zuvor erläuterten Weise unter einem spitzen Winkel zu den Anschlußschenkeln 5 verlaufen, ist die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 spitzwinklig ausgeführt; der Winkel zwischen den einander zugewandten Funkenhörnern 6 der Elektroden 2 beträgt vorzugsweise etwa 30°.The part according to the invention, in the figures, FIGS. 1 to 4, or overall, FIG. 5 and 6 and 7 to 10 - illustrated surge protection element 1 is used for dissipation of transient overvoltages and for limiting surge currents and consists in its essential structure of two electrodes 2, one between the Electrodes 2 effective air breakdown spark gap 3 and one of the electrodes 2 receiving housing 4. Each electrode 2 has a connecting leg 5 and a spark horn running at an acute angle to the connecting leg 5 6 on. 1 to 3 and 6 show, the acute angle relates between the connecting leg 5 and the spark horn 6 on the functional surface of the Spark horns 6. The spark horns 6 of the two are spaced apart Electrodes 2 together form the air breakdown spark gap 3. that the spark horns 6 of the electrodes 2 in the manner explained above the air breakdown spark gap is at an acute angle to the connecting legs 5 3 executed at an acute angle; the angle between each other facing spark horns 6 of the electrodes 2 is preferably about 30 °.

Wie die Fig. 1, 2, 4 und 5 zeigen, sind die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 in ihren an die Anschlußschenkel 5 angrenzenden Bereichen mit einer parallel zu den Anschlußschenkeln 5 verlaufenden Bohrung 7 versehen, die im Ausführungsbeispiel mittig in den Funkenhörnern 6 der Elektroden 2 verwirklicht sind (vgl. insbesondere die Fig. 4 und 5).1, 2, 4 and 5 show, the spark horns 6 of the electrodes 2 are in their areas adjacent to the connecting leg 5 with a parallel to the connecting legs 5 extending bore 7 provided in the embodiment are realized in the center of the spark horns 6 of the electrodes 2 (cf. in particular 4 and 5).

Bei der in Fig. 1 dargestellten Elektrode 2 eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelementes 1 ist das Funkenhorn 6 mit einer einzigen Bohrung 7 versehen. Demgegenüber zeigt die Fig. 2 eine Elektrode 2, bei der das Funkenhorn 6 zwei übereinander vorgesehene Bohrungen 7 aufweist; im Vergleich mit der Elektrode 2 nach Fig. 1 ist bei der Elektrode 2 nach Fig. 2 unterhalb der Bohrung 7, mit der die. Elektrode 2 nach Fig. 1 versehen ist, eine weitere Bohrung 7 realisiert.In the electrode 2 of an overvoltage protection element according to the invention shown in FIG. 1 1, the spark horn 6 is provided with a single bore 7. In contrast, FIG. 2 shows an electrode 2 in which the spark horn 6 has two bores 7 provided one above the other; compared to the electrode 2 1 is in the electrode 2 of FIG. 2 below the bore 7 with which the. 1, a further bore 7 is realized.

Die in den Funkenhörnern 6 der Elektroden 2 des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1 vorgesehenen Bohrungen 7 sorgen dafür, daß im Augenblick des Ansprechens des Überspannungsschutzelements 1, also des Zündens, der entstandene Lichtbogen neben den Bohrungen 7 durch eine thermische und/oder elektrische und/oder magnetische Druck- und/oder Kraftwirkung "in Fahrt gesetzt wird", also von seiner Entstehungsstelle wegwandert.Those in the spark horns 6 of the electrodes 2 of the overvoltage protection element according to the invention 1 provided holes 7 ensure that at the moment the response of the overvoltage protection element 1, ie the ignition, the resultant Arc next to the holes 7 by a thermal and / or electrical and / or magnetic pressure and / or force effect is "set in motion", thus migrates away from its point of origin.

Im übrigen kann den Figuren entnommen werden, daß im dargestellten Ausführungsbeispiel die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 an beiden Seiten jeweils mit einer Fase 8 versehen sind, an ihren einander zugewandten Seiten konvex ausgebildet sind und an ihren voneinander abgewandten Seiten mit quer zur Längserstreckung der Funkenhörner 6 verlaufenden Schlitzen 9 versehen sind; statt der gezeigten quer verlaufenden Schlitze 9 sind auch längs verlaufende möglich. Die Anfasung der Funkenhörner 6 der Elektroden 2 verhindert, daß es zu Materialabträgen an den Kanten der Funkenhörner 6 kommt. Die vorzugsweise realisierte Maßnahme, die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 an ihren einander zugewandten Seiten konvex auszubilden, führt dazu, daß der nach einem Ansprechen des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements entstehende Lichtbogen vorzugsweise mittig im Bereich der Funkenhörner 6 entsteht und mittig zu den Enden bzw. Spitzen der Funkenhörner 6 läuft. Mit den Schlitzen 9, mit denen die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 an ihren voneinander abgewandten Seiten versehen sind, wird schließlich erreicht, daß der Strom bis zum Fußbogen des Lichtbogens exakt die Kontur der V-förmigen Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 nachvollziehen muß. Dadurch ergibt sich auf der gegenüberliegenden Elektrode 2 eine magnetische Beblasung des Lichtbogens in seinem Fußpunkt. Die Schlitze 9 haben im übrigen den Vorteil, daß das verbliebene Material als besonders wirksamer Kühlkörper funktioniert; es findet also gleichzeitig eine Belüftung der Funkenhörner 6 der Elektroden 2 von hinten statt. For the rest, the figures show that in the illustrated embodiment the spark horns 6 of the electrodes 2 on both sides with a chamfer 8 are provided, are convex on their mutually facing sides and on their sides facing away from one another with the spark horns transverse to the longitudinal extent 6 extending slots 9 are provided; instead of the shown transverse Slots 9 are also possible. The chamfering of the spark horns 6 of the electrodes 2 prevents material abrasion on the edges of the Spark horns 6 is coming. The measure preferably implemented, the spark horns 6 to form the electrodes 2 on their sides facing one another in a convex manner to the fact that after a response of the surge protection element according to the invention arcing arises preferably in the center of the spark horns 6 arises and in the middle of the ends or tips of the spark horns 6 running. With the slots 9 with which the spark horns 6 of the electrodes 2 on their sides facing away from each other, it is finally achieved that the Current to the foot of the arc exactly the contour of the V-shaped air breakdown spark gap 3 must understand. This results in the opposite Electrode 2 magnetically blows the arc in its Base. The slots 9 also have the advantage that the remaining material works as a particularly effective heat sink; so it finds one at the same time The spark horns 6 of the electrodes 2 are ventilated from behind.

Bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelement 1 ist zwischen den sich gegenüberstehenden Enden der Anschlußschenkel 5 der beiden Elektroden 2 eine - eine Gleitentladung auslösende - Zündhilfe 10 vorgesehen, die vorzugsweise aus ei-. nem Isolierstoff besteht, der bei einer Zustandsänderung, beispielsweise einer Erhitzung, keinen Kohlenstoff in funktionsbeeinträchtigendem Maße abgibt, und die in die von den Funkenhörnern 6 der Elektroden 2 gebildete Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 hineinragt, nämlich bis in die Mitte der Bohrungen 7. Im übrigen ist die Zündhilfe 10, wie dies die Fig. 4 und 5 zeigen, an ihrer der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 zugewandten Seite V-förmig ausgebildet und mit einem bis in die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 reichenden schmalen Schlitz 11 versehen. Der Schlitz 11 in der Zündhilfe 10 beeinflußt positiv die Ansprechspannung.In the overvoltage protection element 1 according to the invention there is between the opposite ends of the connecting leg 5 of the two electrodes 2 a - a sliding discharge triggering - ignition aid 10 is provided, which preferably from egg. there is an insulating material that is present in the event of a change in state, for example heating does not emit carbon to a detrimental extent, and the in the air breakdown spark gap formed by the spark horns 6 of the electrodes 2 3 protrudes, namely to the middle of the holes 7. Otherwise, the Ignition aid 10, as shown in FIGS. 4 and 5, on their air breakdown spark gap 3 facing side V-shaped and with one into the air breakdown spark gap 3 reaching narrow slot 11 provided. The slot 11 in the ignition aid 10 has a positive influence on the response voltage.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1 ist durch die zuvor beschriebenen Maßnahmen gleichsam in den engsten Teil der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3, also dort, wo ein Ansprechen bzw. Zünden stattfindet, eine Hilfs-Luft-Überschlag-Funkenstrecke integriert. Diese integrierte Hilfs-Luft-Überschlag-Funkenstrecke hat eine relativ konstante und vor allem geringere Ansprechspannung als die dem eigentlichen Überspannungsschutz dienende Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3. Einmal angesprochen, bei einer relativ konstanten niedrigen Ansprechspannung, führt die gezündete Hilfs-Luft-Überschlag-Funkenstrecke zu einem "schlagartigen" Zünden der Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 mit relativ hoher Stromtragfähigkeit.In the illustrated embodiment of an overvoltage protection element according to the invention 1 is, as it were, in the measures described above the narrowest part of the air breakdown spark gap 3, i.e. where there is a response or ignition takes place, an auxiliary air flashover spark gap is integrated. This integrated auxiliary air arcing spark gap has a relatively constant and above all, lower response voltage than that of the actual surge protection serving air breakdown spark gap 3. Once addressed, at one relatively constant low response voltage, leads the ignited auxiliary air arcing spark gap to a "sudden" ignition of the air breakdown spark gap 3 with a relatively high current carrying capacity.

Auch in bezug auf das Gehäuse 4 sind besondere Maßnahmen verwirklicht. Es gilt nämlich, was nicht dargestellt ist, daß das Gehäuse 4 teilweise aus einem Kunststoff besteht, der bei einer Erhitzung bzw. einer Verbrennung keinen Kohlenstoff abgibt oder teilweise mit einem solchen Kunststoff ausgekleidet ist. Die weiter vorne beschriebenen Probleme, die dann auftreten, wenn das Gehäuse aus Kunststoff besteht, der bei einer Erhitzung bzw. einer Verbrennung Kohlenstoff abgibt, sind also eliminiert.Special measures are also implemented with regard to the housing 4. It applies namely, what is not shown that the housing 4 is partially made of a plastic exists that does not give off carbon when heated or burned or is partially lined with such a plastic. The ones described earlier Problems that arise when the housing is made of plastic, which releases carbon when heated or burned are therefore eliminated.

Im übrigen zeigen die Fig. 5 und 6 sowie 7 bis 10, daß bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1 die Seitenwandungen 12 des Gehäuses 4 bis an die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 herangezogen sind. Dadurch tritt ein außerordentlich gutes Laufverhalten des Lichtbogens ein; er läuft sehr schnell an die Spitzen der Funkenhörner.5 and 6 and 7 to 10 show that in the illustrated embodiment an overvoltage protection element 1 according to the invention the side walls 12 of the housing 4 up to the spark horns 6 of the electrodes 2 are. As a result, the arc runs extremely well a; it runs very quickly to the tips of the spark horns.

Für das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Überspannungsschutzelementes 1 gilt weiter, daß der den Funkenhörnern 6 der Elektroden 2 benachbarte Gehäusedeckel 13 aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise aus abbrandfestem Material, insbesondere aus Kupferwolfram besteht. Dabei ist dann der Abstand zwischen den dem Gehäusedeckel 13 benachbarten Enden der Funkenhörner 6 der Elektroden 2 und dem Gehäusedeckel 13 so gewählt, daß zwischen den dem Gehäusedeckel 13 benachbarten Enden der Funkenhörner 6 und dem Gehäusedeckel 13 Lichtbögen entstehen können. Durch die weiter oben beschriebenen Maßnahmen wandert der nach dem Ansprechen des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1 entstandene Lichtbogen zunächst aus dem Zündbereich an die Spitzen der Funkenhörner 6. Dann bilden sich zwischen den Spitzen der Funkenhörner 6 und dem aus elektrisch leitendem Material bestehenden Gehäusedeckel 13 zwei Lichtbögen. Die sich dabei aufbauende Leiterschleife sorgt nun dafür, daß die beiden Lichtbögen hinter die Funkenhörner 6 getrieben werden. Insgesamt hat das zur Folge, daß sich zwei Lichtbögen ausbilden, die insgesamt für eine enorm hohe Bogenbrennspannung beim Netzfolgestrom sorgen, so daß sich das Löschverhalten für den Netzfolgestrom wesentlich verändert hat, nämlich eine quasikurzschlußfeste Entladungsanordnung entstanden ist.5 and 6 for an embodiment of the invention Surge protection element 1 also applies that the spark horns 6 Electrodes 2 adjacent housing cover 13 made of electrically conductive material, preferably consists of erosion-resistant material, in particular of copper tungsten. Then there is the distance between the ends adjacent to the housing cover 13 the spark horns 6 of the electrodes 2 and the housing cover 13 are selected that between the ends of the spark horns 6 adjacent to the housing cover 13 and the housing cover 13 arcs can arise. By the above Measures described migrates to the response of the invention Overvoltage protection element 1 arcing initially from the Ignition area at the tips of the spark horns 6. Then form between the Tips of the spark horns 6 and that made of electrically conductive material Housing cover 13 two arcs. The resulting conductor loop ensures now that the two arcs are driven behind the spark horns 6. Overall, this has the consequence that two arcs are formed, the total for ensure an enormously high arc voltage during the mains follow current, so that the Quenching behavior for the follow-on current has changed significantly, namely a quasi short-circuit proof Discharge arrangement has arisen.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei dem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1, zu dem eine Elektrode nach Fig. 2 gehört, also eine solche, bei der jedes Funkenhorn 6 zwei übereinander vorgesehene Bohrungen 7 aufweist, die zweite, untere Bohrung 7 dann wirksam wird, wenn die Zündhilfe 10 zwischen den Anschlußschenkeln 5 der Elektroden 2 heruntergebrannt ist. Die zweite Bohrung 7 dient also quasi als Sicherheit dafür, daß das erfindungsgemäße Überspannungsschutzelement 1 auch in einem solchen Fall funktioniert.It should also be noted that in the embodiment of an inventive Surge protection element 1, to which an electrode according to FIG. 2 belongs, thus one in which each spark horn 6 has two bores provided one above the other 7, the second, lower bore 7 is effective when the Ignition aid 10 burned down between the connecting legs 5 of the electrodes 2 is. The second bore 7 thus serves as a kind of security that the invention Surge protection element 1 also works in such a case.

Während in den Fig. 5 und 6 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1 nur schematisch dargestellt ist, zeigen die Fig. 7 bis 10 im konstruktiven Detail eine solche bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1. Dabei sei zunächst darauf hingewiesen, daß in den Fig. 1 bis 6 die Elektroden 2 so dargestellt sind, daß sich die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 von unten nach oben öffnet. Demgegenüber sind bei der auch hinsichtlich des konstruktiven Details in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsform die Elektroden 2 so angeordnet, daß sich die Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 von oben nach unten öffnet. Im übrigen sind bei der im konstruktiven Detail in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1 die funktionswesentlichen Elemente, also die Elektroden 2 mit den Funkenhörnern 6 und die Zündhilfe 10 im wesentlichen so ausgeführt, wie dies zuvor in Verbindung mit den Fig. 1 bis 6 im einzelnen beschrieben worden ist, so daß sich diesbezügliche Ausführungen in Verbindung mit den Fig. 7 bis 10 erübrigen. Die Fig. 7 bis 10 zeigen also vor allem konstruktive Details in bezug auf das Gehäuse 4.5 and 6, a preferred embodiment of an inventive Surge protection element 1 is shown only schematically, show the 7 to 10 in constructive detail such a preferred embodiment of a Surge protection element 1 according to the invention. 1 to 6 that the electrodes 2 are shown so that the Air breakdown spark gap 3 opens from bottom to top. Are against in the case of the structural details shown in FIGS. 7 to 10 Embodiment, the electrodes 2 arranged so that the air breakdown spark gap 3 opens from top to bottom. Incidentally, the constructive Detail shown in FIGS. 7 to 10 embodiment of an inventive Surge protection element 1, the functionally essential elements, that is Electrodes 2 with the spark horns 6 and the ignition aid 10 are essentially designed as described above in connection with FIGS. 1 to 6 in detail has been so that relevant statements in connection with FIG. 7th to 10 spare. 7 to 10 show above all structural details in relation on the housing 4.

Wie die Fig. 7 und 10 zeigen, ist dem Gehäuse 4 ein besonders gestalteter Gehäusedeckel 13 zugeordnet. Dieser Gehäusedeckel 13 weist eine domartige Ausformung 14 auf, in die ein die Elektroden 2 aufnehmender Halter 15 eingesetzt ist. Der Gehäusedeckel 13 ist durch innenliegende Schrauben 16 mit dem eigentlichen Gehäuse 2 verbunden.7 and 10 show, the housing 4 is a specially designed housing cover 13 assigned. This housing cover 13 has a dome-like shape 14 into which a holder 15 receiving the electrodes 2 is inserted. The housing cover 13 is connected to the actual housing 2 by internal screws 16.

Weiter oben ist ausgeführt worden, daß das Gehäuse 4 zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht, der bei einer Erhitzung bzw. einer Verbrennung keinen Kohlenstoff abgibt oder zumindest teilweise mit einem solchen Kunststoff ausgekleidet ist. Bei der Ausführungsform, die in den Fig. 7 bis 10 dargestellt ist, ist die zweite Alternative realisiert; das Gehäuse 4 weist also eine Auskleidung 17 aus einem Kunststoff auf, der bei einer Erhitzung bzw. einer Verbrennung keinen Kohlenstoff abgibt.It has been stated above that the housing 4 at least partially consists of a Plastic consists of no carbon when heated or burned emits or is at least partially lined with such a plastic. In the embodiment shown in Figs. 7-10, the second alternative is realized; the housing 4 thus has a lining 17 made of a plastic which does not give off carbon when heated or burned.

In Verbindung mit den Fig. 5 und 6 ist weiter oben ausgeführt worden, daß die Seitenwandungen 12 des Gehäuses 4 bis an die Funkenhörner 6 der Elektroden 2 herangezogen sind, wodurch ein außerordentlich gutes Laufverhalten des Lichtbogens eintritt. Die im konstruktiven Detail in den Fig. 7 bis 10 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements 1 erreicht das gleiche gute Laufverhalten des Lichtbogens dadurch, daß der durch die Funkenhörner 6 gebildeten Luft-Durchschlag-Funkenstrecke 3 seitlich Begrenzungselemente 18 zugeordnet sind. In connection with FIGS. 5 and 6 it has been stated above that the side walls 12 of the housing 4 up to the spark horns 6 of the electrodes 2 are used, which results in extremely good running behavior of the arc entry. The embodiment shown in constructive detail in FIGS. 7 to 10 of an overvoltage protection element 1 according to the invention achieves this same good running behavior of the arc in that the spark horns 6 formed air breakdown spark gap 3 side boundary elements 18 are assigned.

In Verbindung mit den Fig. 5 und 6 ist weiter oben auch erläutert worden, daß der den Funkenhörnern 6 der Elektroden 2 benachbarte Gehäusedeckel 13 aus elektrisch. leitendem Material besteht, wobei der Abstand zwischen den dem Gehäusedeckel 13 benachbarten Enden der Funkenhörner 6 der Elektroden 2 und dem Gehäusedeckel 13 so gewählt ist, daß zwischen den dem Gehäusedeckel 13 benachbarten Enden der Funkenhörner 6 und dem Gehäusedeckel 13 Lichtbögen entstehen können. Das gleiche Ergebnis ist bei der im konstruktiven Detail in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsform dadurch erreicht, daß im Gehäuse 4, den Enden der Funkenhörner 6 der Elektroden 2 gegenüberliegend, eine Einlage 19 aus elektrisch leitendem Material, wiederum vorzugsweise aus abbrandfestem Material, vorgesehen ist.In connection with FIGS. 5 and 6 it has also been explained above that the the spark horns 6 of the electrodes 2 adjacent housing cover 13 made of electrical. consists of conductive material, the distance between the housing cover 13th adjacent ends of the spark horns 6 of the electrodes 2 and the housing cover 13 is chosen so that between the housing cover 13 adjacent ends of the Spark horns 6 and the housing cover 13 arcs can occur. The the same result is that shown in constructive detail in FIGS. 7 to 10 Embodiment achieved in that in the housing 4, the ends of the spark horns 6 opposite the electrodes 2, an insert 19 made of electrically conductive material, again preferably made of erosion-resistant material.

Im übrigen zeigen die Fig. 7 bis 10, insbesondere die Fig. 7 bis 9, daß das Gehäuse 4 - und dementsprechend auch der Gehäusedeckel 13 unsymmetrisch ausgeführt ist. Tatsächlich liegen nämlich einmal auf der einen Seite und das andere Mal auf der anderen Seite der senkrechten Hauptebene einerseits die Schrauben 16, mit denen der Gehäusedeckel 1.3 mit dem Gehäuse 4 verbunden ist, andererseits Anschlußkörper 20 zum Anschluß von nicht dargestellten elektrischen Leitungen. Unterhalb der Schrauben 16, mit denen der Gehäusedeckel 13 mit dem Gehäuse 14 verbunden ist, sind Ausblasöffnungen 21 realisiert.7 to 10, in particular FIGS. 7 to 9, show that the housing 4- and accordingly the housing cover 13 is asymmetrical. In fact, on one side and the other on the other Side of the vertical main plane on the one hand, the screws 16 with which the Housing cover 1.3 is connected to the housing 4, on the other hand connector body 20th for connecting electrical lines, not shown. Below the screws 16, with which the housing cover 13 is connected to the housing 14 Blow-out openings 21 realized.

Erfindungswesentlich ist auch die in den Fig. 7 bis 10 gezeigte konstruktive Gestaltung des Gehäuses 4 und die Anordnung der Elektroden 2 im Gehäuse 4 bzw. im Gehäusedeckel 13, auch insoweit, als dies nur in den Fig. 7 bis 10 im Detail dargestellt ist, also auch insoweit, als das zuvor nicht beschrieben ist, insbesondere auch insoweit, als auf diese konstruktiven Details Patentansprüche nicht gerichtet sind.The constructional design shown in FIGS. 7 to 10 is also essential to the invention of the housing 4 and the arrangement of the electrodes 2 in the housing 4 and in Housing cover 13, also to the extent that this is only shown in detail in FIGS. 7 to 10 is, also insofar as this is not described before, especially insofar as as claims are not directed to these structural details.

Claims

An overvoltage protection element For the discharging of transient overvoltages, comprising two electrodes (2), an air disruptive breakdown spark gap (3) which is effective between the electrodes (2) and a housing (4) which receives the electrodes (2), wherein each electrode (2) comprises a connection limb (5) and a spark conductor (6) running at an acute angle to the connection limb (5), and the spark conductors (6) of the two electrodes (2), which electrodes are disposed at a distance from each other, form the air disruptive breakdown spark gap (3), and wherein the spark conductors (6) of the electrodes (2) are provided with bores (7) in their regions adjacent to the connection limbs (5), characterised in that a sparking aid (10) which triggers a sliding discharge is provided between the opposite ends of the connection limbs (5) of the two electrodes (2), and the sparking aid (10) projects into the air disruptive breakdown spark gap (3) as far as the middle of the bores (7) or slightly further.
An overvoltage protection element according to claim 1, characterised in that the sparking aid (10) consists of an insulating material which on a change of state, for example on heating, does not release carbon to an extent which impairs operation.
An overvoltage protection element according to claim 1 or 2, characterised in that the sparking aid (10) is of V-shaped or concave construction on its face which faces the air disruptive breakdown spark gap (3).
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the sparking aid (10) is provided with a narrow slit (11) which extends into the air disruptive breakdown spark gap (3).
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the angle between the mutually facing spark conductors (6) is about 30 degrees.
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 5, characterised in that the spark conductors (6) have a width of less than 15 mm, particularly of about 8 mm.
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 6, characterised in that the bores (7) are parallel to the connection limbs (5).
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 7, characterised in that the bores (7) are provided centrally in the spark conductors (6).
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 8, characterised in that each spark conductor (6) of each electrode (2) is provided with two bores (7) disposed one above the other.
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 9, characterised in that the spark conductors (6) of the electrodes (2) are provided with a chamfer (8) or rounded portion on both sides.
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 10, characterised in that the spark conductors (6) ofthe electrodes (2) are of convex construction on their mutually facing faces.
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 11, characterised in that the spark conductors (6) of the electrodes (2) are provided on their faces facing away from each other with slots (9), which preferably extend transversely to the longitudinal extent of the spark conductors (6).
An overvoltage protection element according to either one of claims 1 to 2, characterised in that the housing (4) at least partially consists of a synthetic material which releases no carbon on heating or combustion, or is at least partially lined with a synthetic material such as this.
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the sidewalls (12) of the housing (4) are drawn in relatively near to the spark conductors (6) of the electrodes (2), and are preferably drawn in as far as the spark conductors (6) of the electrodes (2).
An overvoltage protection element according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the housing cover (13) which is adjacent to the spark conductors (6) of the electrode (2) consists of an electrically conducting material, preferably of erosion-resistant material, particularly of copper-tungsten.
An overvoltage protection element according to claim 5, characterised in that the distance between the housing cover (13) and the ends of the spark conductors (6) of the electrodes (2) which are adjacent to the housing cover (13) is selected so that arcs can be formed between the housing cover (13) and the ends of the spark conductors (6) which are adjacent to the housing cover (13).