专利名称：过电压保护器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种过电压保护器，包括有第一火花角的第一电极、有第二火花角的第二电极、在火花角之间有效的空气击穿火花隙以及有安装着电极的外壳，其中这两个火花角按下述的方式设计和相互布置，即，它们从下部打火区起分别向它们的外端岔开，所以空气击穿火花隙从打火区出发向外扩大。
电的尤其电子的测量、控制、调节和开关电路，首先是远距通信装置和设备，对于瞬时的过电压相当敏感，这种过电压可由于大气放电或由于供电网内开关动作或短路引起。当使用电子元件尤其晶体管和闸流晶体管时敏感度大大增加，瞬时过电压首先严重危及所使用的积分开关电路。
目前为了防止电的尤其电子测量、控制、调节和开关电路，首先是远距通信装置和设备，或笼统地说凡是使用电子元件的地方瞬时过电压，发展了一些过电压保护器而且20多年以来便是已知的。
过电压保护器主要的组成部分至少是一个火花隙，它在规定的过电压即响应电压时放电并因而防止在借助于这种过电压保护器保护的区域内出现大于火花隙响应电压的过电压。
前言已说明，按本发明的过电压保护器有两个电极和一个在电极之间或电极的火花角之间有效的空气击穿火花隙。除了有空气击穿火花隙的过电压保护器外，还有具有空气飞弧火花隙的过电压保护器，其中在起动时产生表面放电。有空气击穿火花隙的过电压保护器与有空气飞弧火花隙的过电压保护器相比，优点是脉冲电流容许负荷量较大，但缺点是响应电压较高而且还不特别稳定。因此，已经提出了各种有空气击穿火花隙的过电压保护器，它们在响应电压方面加以改进。其中，在火花角区域内或在火花角之间的区域内有效的空气击穿火花隙以不同的方式实现辅助打火，例如在火花角之间至少设一个触发表面放电的打火辅助器，它部分地伸入空气击穿火花隙内，设计为片状并用塑料制成。
已知的作为本发明以此为出发点的DE4402615C2公开了一种过电压保护器。此已知的过电压保护器有两个窄的电极，它们分别设计成角状以及各有一火花角和一个从这里出发折角的连接柱。此已知的过电压保护器的特点在于，由于电极基本上在一个平面内延伸，所以它的结构宽度小。此外，已知的过电压保护器在任何情况下初次起动时有高的脉冲电流容许负荷量和高的电网续流消弧能力。问题经常出现在当电弧咬住会导致电极损坏的地方时。
此外由DE19604947C1已知一种过电压保护器，它的结构基本上是旋转对称的。两个电极是一致的并各有截锥形的火花角，在火花角的两个相互面对的端面之间有一个用于触发表面放电的打火片。这种已知的过电压保护器的特点同样在于有高的脉冲电流容许负荷量和高的电网续流消弧能力。缺点显然是，此已知的过电压保护器结构高度较大。另一个缺点在于，当起动火花隙时在特别灵敏的打火片上作用很大的力，从而会导致损坏打火片。
因此本发明的目的是提供一种上述类型的过电压保护器，它的特点在于在结构高度尽可能小的同时有高的脉冲电流容许负荷量和高的电网续流消弧能力。
按本发明达到上述目的的过电压保护器基本特征在于，第一火花角设计为截锥形，以及第二火花角同心地围绕第一火花角布置。在本发明中具有第一火花角的第一电极意味着是一个中央电极，而具有第二火花角的第二电极是一个外电极。通过第二火花角围绕第一火花角的这种同心布局，形成了一个围绕两个电极中心线的完全或部分环形的角形火花隙。当第二火花角设计成圆环形以及第二火花角面朝第一火花角的面设计成截漏斗形时，形成一个环形封闭的火花隙。但原则上也可以将第二火花角设计为有多个同心地围绕第一火花角排列彼此隔开间距的火花角段。按本发明的过电压保护器特别优选的实施形式的特征在于，第二火花角设计为圆环段形，以及第二火花角面朝第一火花角的面设计为截漏斗形。此第二火花角最好沿一个约210°至270°的角尤其沿一个约240°的角延伸。在按本发明的其中第二火花角设计为圆段形的过电压保护器的实施形式中，涉及的只是围绕两个电极的中心线的一个部分环形的角形火花隙。
在按本发明的过电压保护器中，围绕电极中心线的完全或最好部分环形的角形火花隙，其特征在于有极高的脉冲电流容许负荷量以及同样有高的电网续流消弧能力。此外，由于第二火花角同心地绕第一火花角的布局，使按本发明的过电压保护器形成很小的结构高度以及结构简单。
按本发明的过电压保护器一种优先的实施形式进一步的特征在于，在两个火花角之间的打火区内至少设一个用电绝缘材料制的打火片。通过打火片触发表面放电，一旦在比较恒定的低的起动电压下起动表面放电，便导致空气击穿火花隙具有较高的脉冲电流容许负荷量地打火。因为在按本发明的过电压保护器中火花隙与由DE19604947C1已知的过电压保护器不同不是沿经向而是沿轴向开口，所以这另一方面还使得在火花隙起动时作用在极灵敏的打火片上的机械力最小。为了使表面放电能在完全或部分环形的角形火花隙的任何地点进行，打火片设计成环形；也就是说它如第二火花角那样同心地围绕第一火花角布置。打火片最好用一种加热时排出消弧气体的塑料制成。由此改善过电压保护器起动后的消弧特性。
按本发明的过电压保护器按已知的方式有第一连接区和第二连接区。在这方面最好规定第一连接区和第二连接区处于过电压保护器的相同侧。由此得到的优点是，在起动的情况下作用在电弧上的电磁力支持它从打火区向扩大的角区内运动。
最后提到的这种按本发明的过电压保护器的实施形式其他有利的特征在于，电极在连接区有孔和/或通孔，在连接区设有从连接区伸出的连接件，亦即PE连接件和电位连接件，以及最好在一个连接区内，尤其是最好在为电位连接件所设的连接区内规定两种连接可能性。也就是说，在这种实施形式中并不一定需要设组合在过电压保护器内并从它那里伸出的连接件，所以此过电压保护器可以有一种仿佛是盘状或盆状的形状。当然，在这种情况下电极也必须与连接件连接，它们可装入例如旋入连接区内。此外，通过在电极内设通孔可以用简单的方式实现排气或通风。
若在按本发明的过电压保护器中如上面最后所说明的那样在同一侧设两个连接区并因而设两个件，则建议在连接区外侧设至少一个最好设计为波纹状的接片，用于增加连接区之间的漏电距离。尤其在两个连接区之一有两种连接可能性时，接片便可以设计为波纹状并可布置在连接区之间。
上面早已说明按本发明的过电压保护器的一种特别优先的实施形式的特征在于第二火花角设计为圆环段形。在这种实施形式中建议，第二火花角与第二连接区并因而与电位连接件对准。这意味着第二火花角具有的凹槽与第一连接区并因而与PE连接件对准。
最后所说明的这种按本发明的过电压保护器优先的实施形式补充的有利特征在于，电位连接件设在两个电极与PE连接件相对的一侧，以及进一步的有利特征是，至少第二电极并因而第二火花角，最好两个电极并因而两个火花角，相对于PE连接件对称地设计和布置。
此外，通过将外壳气密地封闭可以在按本发明的过电压保护器中进一步改善电网续流消弧能力。此气密封闭的外壳还可以给外壳内腔充填消弧气体，这可以有助于进一步改善电网续流消弧能力。
在按本发明的过电压保护器中，外壳可以包括一个外壳下部和一个外壳盖，外壳下部与外壳盖最好用螺钉互相连接和/或互相粘结。此外出自于防止触电的原因规定，外壳下部和外壳在任何地方都不与第一电极或第二电极接触；最好一方面在第一电极与第二电极之间和另一方面在外壳下部与外壳盖之间至少设一绝缘件和/或一空气隙。若在按本发明的过电压保护器中如上面早已说明的那样在两个火花角之间的打火区内设至少一个用于触发表面放电的打火片，则建议打火片与绝缘件设计成一体。因此按本发明的过电压保护器的构件数量可以减到最少程度。
此外，在按本发明的过电压保护器中为了进一步改善脉冲电流容许负荷量和电网续流消弧能力，建议在与火花角端部相隔一定距离处设档板，在过电压保护器起动的情况下电弧朝挡板运动。通过使用最好与电极一样用铜钨合金制的挡板还可以避免损坏可能用塑料制的外壳。此外，通过挡板影响在气体腔内能量转换。也就是说电弧被档板分成三份。在挡板内构成两个电弧区和一个电流区。由此形成两个阳极-阴极电位降以及附加一个总体上减弱的电弧，因为电流路径的一部分在档板内经过以及不产生等离子体。
为了结合按本发明的过电压保护器还能提供一种所谓“主动”打火辅助器，在空气击穿火花隙区域内以及除此区之外设火花隙，它能主动地亦即取决于规定的打火电压打火。火花隙最好设在打火电极与两个电极之一之间，所以只需要一个附加的电极，亦即打火电极。打火电极可按简单的方式实现，即它由外壳和/或档板构成，在这种情况下显然外壳和/或档板总是用导电材料制造。此外在这方面必须保证，外壳和挡板均不与电极之一导电接触。显然，当设“主动”打火辅助器时，必须提供相应的用于火花隙的打火电路。
前面早已说明，在按本发明的过电压保护器中可采取措施进一步改善电网续流消弧能力，为此外壳气密地封闭。但尤其在前面早已说明的按本发明的过电压保护器的实施形式中，其中第二火花角不是设计为圆环形而是圆环段形，则建议外壳设压力平衡孔。若在按本发明的过电压保护器中，外壳由外壳下部和外壳盖组成，则建议外壳下部或/和外壳盖，最好在外壳下部面朝外壳盖的边缘，设起压力平衡孔作用的最好沿径向延伸的槽。
按本发明的过电压保护器细节上有各种不同的设计和进一步发展的可能性。为此一方面可参见从属于主权利要求1的那些权利要求，另一方面可参见下面结合附图对按本发明的过电压保护器优先实施例的说明。附图表示
图1 按本发明的过电压保护器第一种实施例剖切透视图；图2 按图1的过电压保护器进一步剖切透视图；图3 沿图5中剖切线III-III通过按图1和2的按本发明的过电压保护器截面图；图4 按图1和2的过电压保护器打开状态的俯视透视图；图5 按图1和2的过电压保护器底视透视图；图6 按本发明的过电压保护器第二种实施例打开状态俯视图；以及图7 按图6的过电压保护器底视图。
图1至5表示了一种过电压保护器1，它有包括第一火花角3的第一电极2和包括第二火花角5的第二电极4。在第一火花角3和第二火花角5之间有空气击穿火花隙6。也就是说这两个电极2、4彼此隔开间距互相没有连接。此外，过电压保护器1有一个安装两个电极2、4的外壳7。尤其如图3所示，两个火花角3、5按这样的方式设计和相互排列，即，它们从空气击穿火花隙6的下部打火区8起分别向其外端9、10岔开。因此，空气击穿火花隙6形成一种从打火区8出发连续向外扩大的形状。在本例的情况下，空气击穿火花隙6是V形，其中空气击穿火花隙6的张开角约为45°。当然也可以实现较小的张开角(至10°)或较大的张开角(至150°)。
现在重要的是，第一火花角3设计为截锥形以及第二火花角5同心地围绕第一火花角3布置。因此过电压保护器1有相对于图3中表示的中心线A旋转对称的结构，其中，空气击穿火花隙6由于按本发明的电极2、4的结构所以同心地围绕中心线A布置并沿轴向开口。
尤其由图4可见，第二火花角5以及第二电极4设计成环形。为了实现V形扩大的空气击穿火花隙6，第二火花角5面朝第一火花角3的面设计成截漏斗形。
在空气击穿火花隙6的打火区8内两个火花角3、5之间设打火片11，用于触发表面放电。在这里，响应电压的大小可通过打火片11的宽度和/或高度亦即打火片11伸入空气击穿火花隙6内的距离调整。打火片11本身设计成环形，如图4所示，以及用一种可排出气体的塑料制造。
尤其由图1和3可见，此过电压保护器1有第一连接区12和第二连接区13。第一连接区12和第二连接区13设在过电压保护器1的相同侧；过电压保护器1的其上设有两个连接区12、13的那一侧是连接侧14。电极2在第一连接区12有一个带内螺纹的孔15。电极4在第二连接区有两个通孔16、17，它们与孔15一样制有内螺纹。图1至5中没有表示的连接件可借助于孔15和通孔16、17亦即借助于制在孔15内和通孔16、17内的内螺纹与电极2和4连接。
尤其由图5可见，在过电压保护器1的连接侧14连接区12、13所在处，设至少一个凸出的接片18，用于增大连接区12、13之间的漏电距离。在这里，接片18是波纹状的并将连接区12、13彼此分开。
在图1至5中没有详细说明的是，外壳7是气密封闭的并充填一种消弧气体。即可用电绝缘材料也可用导电材料制的外壳本身包括外壳下部19和外壳盖20。两个构件有圆的形状并且互相粘结。
此外规定外壳下部19和外壳盖20不在任何位置与第一电极2或第二电极4接触。为此目的，设第一绝缘体21和第二绝缘件22以及相应的空气隙。第一绝缘件21有环形的壁段23，它将第二电极4与外壳下部19沿圆周方向隔开。壁段23从板状段24凸起，第二电极4靠放在板状段24上。除此之外，第二电极2的一部分也靠放在此板状段上。此外打火片11也由此第一绝缘件21构成。换句话说打火片11与第一绝缘件21设计成一体。第二绝缘件22处于第一电极2的柱体25与外壳下部19之间。除此之外，第二绝缘件22的外侧还构成过电压保护器1的连接侧14。详细地说，第二绝缘件22有一环形壁段26，它贴靠在第一电极2的中央柱体25上并从板状段27折角，板状段27的外侧构成连接侧14。
此外可以理解，在外壳下部19以及在两个绝缘件21、22内都制有与第二电极4内的通孔16、17对应的孔28、29，通过它们可将图中未表示的连接件旋入通孔16、17内。
由图1至3还可看出，过电压保护器1有档板30，它布置在与两个电极2、4的端部9、10相隔一个距离处。也就是说档板30处于环形空气击穿火花隙6对面。图中未表示的是，通过档板30和电极2、4之一可形成一个火花隙。在这种情况下档板30构成其中一个打火电极，而另一个打火电板由两个电极2、4之一构成。档板30与打火电路的连接可通过打火电路与外壳下部19或外壳盖20的连接实现，只要它们是用导电材料制成的，因为档板30既贴靠在外壳下部19上也贴靠在外壳盖20上。
最后由图3可见，所表示的过电压保护器1用数量很少的构件组成。因此，过电压保护器1的组装可以迅速和方便地完成。首先将第一绝缘部分21装在第一电极2的柱体25上。接着在柱体25上装上外壳下部19和第二绝缘件22。在这里外壳下部19可以已经装在第二绝缘件22上。为了便于不仅将外壳下部19而且将第一绝缘件21安装在第二绝缘件22上，第二绝缘件在孔28、29的区域内有套管状凸起31、32，外壳下部19和第一绝缘件21可装在它们上面，以及它们与通孔16、17对齐。由上述构件21、19、22组成的组件可在各构件互相连接后装在第一电极2的柱体25上。接着装入第二电极4。最后装上外壳盖20及位于外壳盖内的档板30并与外壳下部19连接。
在图1至5所表示的按本发明的过电压保护器1的实施例中第二火花角5设计成圆环形，而在图6与7中表示的实施例中第二火花角5设计为圆环段；在图示的实施例中第二火花角5沿一个约240的角度延伸。由于在图6和7中表示的按本发明的过电压保护器1实施例中第二火花角5设计为非圆环形而仅仅是圆环段形，所以沿圆周方向看在第二火花角5内形成中断。换句话说，在按图1至5的实施例中由于第二火花角5围绕第一火花角3同心地布置，形成一个绕两个电极2、4的中心线A环形的确切地说圆形或圆环形循环的角形火花隙。相比之下按图6和7的实施例中第二火花角5和第一火花角3形成一个绕两个电极2、4中心线环形的但只是部分环形的角形火花隙。(应补充指出，在按图6和7的实施例中第一火花角3以与按图1至5的实施例相同的方式设计成截锥形)。
在按图1至5的实施例中属于按本发明的过电压保护器1的连接件没有表示，而在按图6和7的实施例中表示了这些连接件；亦即图中画了PE连接件31和电位连接件32。与在按图1至5的实施例中一样，在此实施例中也规定两个连接区12、13并因而PE连接件31和电位连接件32设在过电压保护器1的相同侧，亦即在连接侧14上。
因为在图6和7中表示的按本发明的过电压保护器1的实施例中表示了两个连接件，亦即PE连接件31和电位连接件32，所以由图6和7还可以看出，第二火花角5与第二连接区13并因而与电位连接件32对准。对此还可以这样来表达，即“似乎不存在的”第二火花角5的区域，亦即凹槽或中断区，对准第一连接区12并因而对准PE连接件31。
如图6和7所示，在这些图中表示的按本发明的过电压保护器1的实施例，电位连接件32设在两个电极2、4与PE连接件相对的一侧。此外，图6和7表示的实施例中，两个火花角3、5相对于PE连接件31设计和布置为对称的；相对于电位连接件32也同样是如此设计和布置。
结合图1至5中表示的按本发明的过电压保护器实施例的说明，应该指出，外壳气密封闭并充填消弧气体。这一点不适用于按图6和7的实施例。对于此实施例确切地说外壳7制有压力平衡孔。具体而言，为此外壳下部19在其面朝外壳盖20的边33上设有起压力平衡孔作用的沿径向延伸的槽34。除此以外还可以设图中未表示的沿轴向延伸的槽。
通过在图6和7中表示的按本发明的过电压保护器1的实施例中将第二火花角5设计成只是圆环段形而不是圆环形，形成了一个可在图6中看到的空隙35。当过电压保护器1起动时可在空隙35内冷却由于形成电弧产生的等离子体。空隙35的尺寸可设计为这样，即，结合全部槽34的总截面积可以“缓慢地”升高在空隙35内等离子体的压力并加以冷却。
权利要求
1.过电压保护器(1)，包括有第一火花角(3)的第一电极(2)、有第二火花角(5)的第二电极(4)、在火花角(3、5)之间有效的空气击穿火花隙(6)以及有安装着电极(2、4)的外壳(7)，其中这两个火花角(3、5)按下述的方式设计和相互布置，即，它们从下部打火区(8)起分别向它们的外端(9、10)岔开，所以空气击穿火花隙(6)从打火区(8)出发向外扩大，其特征为第一火花角(3)设计为截锥形，第二火花角(5)同心地围绕第一火花角(3)配置。
2.按照权利要求1所述的过电压保护器，其特征为第二火花角(5)设计为圆环形，以及第二火花角(5)面朝第一火花角(3)的面设计为截漏斗形。
3.按照权利要求1所述的过电压保护器，其特征为第二火花角(5)设计为圆环段形，以及第二火花角(5)面朝第一火花角(3)的面设计为截漏斗形。
4.按照权利要求3所述的过电压保护器，其特征为第二火花角(5)沿一个约210°至270°的角延伸，最好沿一个约240°的角延伸。
5.按照权利要求1至4之一所述的过电压保护器，其特征为在打火区(8)两个火花角(3、5)之间设至少一个用于触发表面放电的打火片(11)，以及打火片(8)最好设计成环形和/或用一种可排出气体的塑料制造。
6.按照权利要求1至5之一所述的过电压保护器，包括第一连接区和第二连接区，其特征为第一连接区(12)和第二连接区(13)设在过电压保护器(1)的同一侧。
7.按照权利要求6所述的过电压保护器，其特征为电极(2、4)在连接区(12、13)有孔(15)和/或通孔(16、17)，在连接区(12、13)设有从连接区(12、13)伸出的连接件，亦即PE连接件(31)和电位连接件(32)，以及，最好在连接区(13)，尤其在为电位连接件(32)所设的连接区(13)规定两种连接可能性。
8.按照权利要求6或7所述的过电压保护器，其特征为在连接区(12、13)区域内的外侧设置一凸出的最好设计为波纹状的接片(18)，用于增大连接区(12、13)之间的漏电路径。
9.按照权利要求3和权利要求6至8之一所述的过电压保护器，其特征为第二火花角(5)与第二连接区(13)并因而与电位连接件(32)对准。
10.按照权利要求9所述的过电压保护器，其特征为电位连接件(32)设在两个电极(2、4)与PE连接件(31)相对的一侧。
11.按照权利要求10所述的过电压保护器，其特征为至少第二电极并因而第二火花角，最好两个电极(2、4)并因而两个火花角，相对于PE连接件(31)设计和布置成对称的。
12.按照权利要求1至11之一所述的过电压保护器，其特征为外壳(7)气密地封闭并最好充填一种消弧气体。
13.按照权利要求1至12之一所述的过电压保护器，其特征为外壳(7)包括一个外壳下部(19)和一个外壳盖(20)，外壳下部(19)与外壳盖(20)最好用螺钉互相连接和/或互相粘结。
14.按照权利要求13所述的过电压保护器，其特征为外壳下部(19)和外壳(20)在任何地方都不与第一电极(2)或第二电极(4)接触，以及，最好一方面在第一电极(2)与第二电极(4)之间和另一方面在外壳下部(19)与外壳盖(20)之间至少设一个绝缘件(21、22)和/或一个空气隙。
15.按照权利要求5至13之一所述的过电压保护器，其特征为打火片(11)与绝缘件(21)设计成一体。
16.按照权利要求1至15之一所述的过电压保护器，其特征为与火花角(3、5)端部(9、10)相隔一定距离处设档板(30)，它最好装在外壳盖(20)内。
17.按照权利要求1至16之一所述的过电压保护器，基特征为在空气击穿火花隙(6)区域内以及除此区以外设火花隙，以及此火花隙最好设在打火电极与两个电极(2、4)之一之间。
18.按照权利要求17所述的过电压保护器，其特征为外壳(7)或/和档板(30)用导电材料制造或/和由档板(30)构成。
19.按照权利要求1至11之一或按照权利要求13至18之一所述的过电压保护器，其特征为外壳(7)设压力平衡孔。
20.按照权利要求13必要时按照权利要求14至18之一和按照权利要求19所述的过电压保护器，其特征为外壳下部或/和外壳盖，最好在外壳下部(19)面朝外壳盖(20)的边(23)上，设起压力平衡孔作用的最好沿经向延伸的槽(34)。
全文摘要
一种过电压保护器,包括有第一火花角(3)的第一电极(2)、有第二火花角(5)的第二电极(4)、在火花角(3、5)之间有效的空气击穿火花隙(6)以及有安装着电极(2、4)的外壳(7),其中这两个火花角(3、5)按下述的方式设计和相互布置,即,它们从下部打火区(8)分别向它们的外端(9、10)岔开,所以空气击穿火花隙(6)从打火区(8)出发向外扩大。按本发明的具体实施例第一火花角(3)设计为截锥形,以及第二火花角(5)同心地围绕第一火花角(3)配置。
文档编号H01T4/14GK1267111SQ0010385
公开日2000年9月20日 申请日期2000年3月3日 优先权日1999年3月4日
发明者E·勒曼, K·谢贝, J·施曼斯基, J·图斯, M·维特 申请人:凤凰接触公司