专利名称：电涌放电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电涌放电器，其在外部电极与另一电极之间具有短路机构。
背景技术：
上述类型的电涌放电器通常被用于防止电信设备受到瞬时出现的过电压，譬如由雷击产生的过电压的危害。在此，通过点燃电涌放电器，借助电弧将外部电极与中间电极短路。一旦过电压的出现结束，电弧就熄灭并且在中间电极与外部电极之间的断路间隔起隔离作用。
为了即使在电涌放电器故障时还始终保持刚刚所描述的保护功能，放电器可以提供有一些附加的功能。在这方面，已公开了用于在热过载时保护放电器的机构(英语Fail safe失效保护)，其中在弹簧夹与外部电极之间设置有由焊剂材料或者由起隔离作用的薄膜构成的熔断元件，其在温度过高时释放弹簧夹的运动，弹簧夹于是跨接放电器的中间电极与外部电极之间的断路间隔并且由此短路。
例如在出版物DE 101 34 752中已公开了这样的电涌放电器。在故障情况下通过热量来触发短路机构。
发明内容
本发明所要解决的任务在于，提供一种电涌放电器，其特征在于，在故障情况下待短路的电极之间具有可靠的接触。
该任务通过权利要求1的技术方案来解决。另一些扩展方案从其它权利要求中得出。
根据本发明的至少一种实施形式，描述了一种具有陶瓷体、至少一个外部电极和至少一个另外的电极的电涌放电器，其中设置有导电的、通过空隙与外部电极间隔开的接触元件，在正常情况下该接触元件通过弹性机构而被预加应力。弹性机构沿外部电极的方向向接触元件施加弹力。在另一电极与接触元件之间设置有导电的连接。外部电极与接触元件之间的空隙设置在优选密封地紧密封闭的空腔中。在故障情况下，向接触元件预加应力的弹性机构例如在热量的作用下被触发，由此释放接触元件，接触元件在弹力作用下被挤压到外部电极上并因此产生了外部电极与另一电极之间的短路。
另一电极优选是中间电极，该中间电极设置在两个外部电极之间。
由于空腔封闭，所以在将放电器嵌入硅胶(Silikon-Gel)中时防止了其受到胶体的损害。该胶体例如用作放电器的湿度保护装置。
接触元件优选完全地设置在紧密封闭的空腔中。该空腔可与空隙相同。
优选以固定在中间电极上的弹簧夹的形式来实施中间电极与接触元件之间的导电的连接。弹簧夹将弹力施加到导电的、与外部电极间隔的接触元件上。
例如可以借助可熔的物质将接触元件固定在金属板的开口中，该金属板至少部分形状锁合地嵌入在起隔离作用的保持件中，该保持件设置在金属板与外部电极之间。
在一种特别优选的实施形式中，在物质未熔化时，接触元件与外部电极间隔。在物质熔化时，通过弹簧夹将接触元件压向外部电极。
在本发明的一种变型方案中，接触元件伸入金属板的开口中并且借助可熔的物质固定在该金属板中。接触元件优选地构造为金属螺栓。
在此，可熔的物质(例如焊剂，优选软焊剂)负责将封闭的空腔紧密封闭。可熔的物质是必需的，以便将接触元件固定在金属板中，并且因此可以如此小的量来设置，该量必须保证将接触元件固定在金属板中。接触元件在金属板中的固定可以在相应地确定螺栓或孔的尺寸时用很小量的可熔物质来实现，通过这种方式得到了快速触发机构的优点。
具有优选形状锁合地嵌入到金属板中的金属螺栓优选形状锁合地设置在起隔离作用的、例如构造为隔离圆盘的保持件的下沉的区域中，其中金属螺栓优选被软焊接到金属板的开口中。
为了产生预加应力，在金属螺栓朝向外部电极的方向上的向外朝向的端面上，由固定在中间电极上的导电的弹簧夹施加一弹力。弹簧夹也用作中间电极与金属螺栓之间的电连接装置。弹簧夹优选由弹性材料、例如弹性钢制造。
弹簧夹构成弹性机构。弹簧夹、金属板和接触元件一起构成短路机构。
在故障情况下，在放电器中产生不允许的高升温，其中可熔的物质熔化，因此通过弹簧夹将接触元件压向外部电极，其中在中间电极与外部电极之间产生短路。
在本发明的另一种变型方案中，短路机构包括与中间电极电连接的金属板和有弹性的接触元件，该接触元件具有优选构造为片簧的弹簧，其固定的端部优选固定在金属板上，而其自由的端部在可熔的物质未熔化时优选地保持在与外部电极间隔的被预加应力的状态中。在这样的情况下，弹性机构通过有弹性的接触元件自身来构成。
弹簧优选地构造为合拢的片簧，即在横截面中弯曲状地具有多个弯曲部分，其中相应的弯曲部分的彼此相对的侧通过可熔的物质有弹性地压在一起或者在预加应力的情况下软焊接在一起。在正常情况下，片簧通过可熔的物质保持在与外部电极间隔的被预加应力的状态中。
当可熔的物质熔化并且在此其坚固性消失时，合拢的片簧展开并且产生金属板与外部电极之间的短路。
特别是在将粘稠的胶体应用在放电器的周围的情况下，本发明的这种变型方案具有优点，因为弹性机构完全地设置在封闭的空腔中并且因此与环境隔离。通过与环境完全地分离，被释放的弹性元件的运动不再受胶体妨碍。
中间电极和外部电极优选地由铜构成。铜的热膨胀系数与陶瓷的热膨胀系数很不相同，这在热负载中会损害陶瓷体与外部电极之间的交接区的密封性。为了补偿陶瓷体与铜(Cu)电极之间的热膨胀系数的差异，使用一个环或框架，其固定(优选为硬焊接)在外部电极上。具有与陶瓷体的热膨胀系数近似相等的热膨胀系数的材料、如镍铁合金(FeNi)优选用作环的材料。
在一种优选的变形方案中，起隔离作用的保持件形状锁合地嵌入到环(例如FeNi环)或者框架中。在此，在外部电极、起隔离作用的保持件和金属片之间形成紧密封闭的空腔，其中空隙设置在外部电极与接触元件之间。例如在由FeNi或者在热膨胀方面近似的材料制造的外部电极的情况下，起隔离作用的保持件可以被插入外部电极的下沉的区域中。在后者的情况中可以省去环或者框架。
在优选的变型方案中，将金属板压入起隔离作用的保持件中并将起隔离作用的保持件压入环中。通过这样的方式，防止了胶体侵入封闭的空腔或者空隙中。
金属板优选由黄铜或者由另一种合适的金属或者金属合金构成。
起隔离作用的保持件优选由耐热的塑料构成，其熔化温度超过了可熔物质的熔化温度，可熔物质的熔化温度典型为约220℃。优选的是，塑料的特色是良好的弹性作用，其保证了起隔离作用的保持件与金属片之间的良好的压配合。
在故障情况下，即在超过某一极限电压Umax时，出现中间电极与外部电极之间的火花击穿，其中电极发热。
在外部电极上所产生的热量通过外部电极的热辐射朝着被封闭的空腔的方向传递到接触元件和金属片上。中间电极上所产生的热量通过弹簧夹传递到接触元件或者金属片上。
以下，参照一些实施例和所属的附图更进一步地阐述放电器。这些附图借助示意性的但未按比例的视图示出了不同的实施例。相同或者作用相同的部分标有相同的参考标号。其中在示意图中图1A 示出了在图2中所示的放电器的弹性机构的截面；图1B 示出了具有逐渐变细的接触元件的弹性机构的截面地；图2 示出了处于正常状态的放电器；图3 是在故障情况下弹性机构反应时的图2中的放电器；图4A 示出处于预应力状态中的、在图5中所示的放电器的弹性机构的截面；图4B 示出了在故障情况下弹性机构反应时的根据图4A的弹性机构；图4C 示出了根据图4A的被插入保持件中的弹性机构；图5 示出了处于正常状态中的另一种放电器；图6 示出了在故障情况下弹性机构反应时的根据图5的电涌放电器。
具体实施例方式
在图2或者图3中示出在弹性机构反应之前和之后的示例性的电涌放电器。
图1A部分地以示意性的截面示出了图2中所示的电涌放电器的弹性机构。
接触元件7具有圆形螺栓的形状，螺栓通过在金属板5a中的圆形孔突出。通过可熔的物质6沿着金属板5a的孔边缘建立接触元件7与金属板5a之间的机械连接。即金属螺栓软焊接在金属板5a中。
在本发明的一种有利的实施形式中，可熔的物质可构造为焊剂。因此，其为用于结合接触元件与间隔元件(Distanzelement)的可焊接的材料，由此接触元件与间隔元件之间可以非常简单的连接。此外，用于焊剂的锡合金保证了在热量足够时快速地解除接触元件与间隔元件之间的连接。
金属板5a具有优选设置在中间的用于接收接触元件7的孔。金属板5a优选具有圆盘的形状，其被插入起隔离作用的保持件5b中。起隔离作用的保持件5b具有用于接收金属板5a的下沉的区域。
如图1B中表示的那样，接触元件7可以在位于外部电极2与金属板5a之间的一段11上具有变细部12。
此外，弹性机构还包括一个导电的弹簧夹3，该弹簧夹固定在放电器的中间电极1上，参看图2和3。弹簧夹3搭接到外部电极2的端面上并且使接触元件7保持在预加应力的状态中，其方式是弹簧夹将朝外部电极2方向的弹力F施加到接触元件7的外端面上。
弹簧夹3、金属板5a和接触元件7构成为使得在可熔物质6变成液体时，弹簧夹3和接触元件7可沿着金属板5a的开口滑动。
在本发明的一种变型方案中，接触元件可与弹簧夹3机械上固定地相连或者是弹簧夹3的组成部分。
在接触元件7、金属板5a、起隔离作用的保持件5b和外部电极2之间形成一个空腔22。空腔22通过可熔的物质6密封。例如通过压配合，金属板5a分别对环16和起隔离作用的保持件5b密封。环16焊接或者熔焊在外部电极2上。由此，实现了空腔对胶体和必要时对湿气的密闭。
在中间电极1与外部电极2之间设置有充气的陶瓷体19。陶瓷体优选填充以惰性气体。优选地放电器构造为包括两个外部电极并且必要时其关于中间电极对称。中间电极1优选设置在两个陶瓷体之间。中间电极或外部电极1、2分别通过焊剂与陶瓷体19相连。
中间电极和外部电极1或2优选由铜(Cu)构成。然而，在另一种变型方案中可能的是，中间电极和/或外部电极由镍铁合金(FeNi)构成。
在边缘处的外部电极2上设置有环16，其优选由镍铁合金构成。起隔离作用的保持件5b插入环16中。外部电极2在朝着接触元件7的区域中具有用于形成空隙20的凹进部分。空隙20设置在紧密封闭的空腔22中。
图2与电涌放电器的正常状态、即在弹性机构反应之前的状态相应。通过相应地对涉及保护机构的元件的尺寸进行设计可以实现弹簧夹3使接触元件7朝着外部电极2移动得足够远，从而使得在施加由弹簧夹3(剩余弹力)产生的接触压力的情况下，将接触元件7压到外部电极2上，由此在触发短路机构时实现外部电极2与弹簧夹3和因此与中间电极1的电接触。
在故障情况下，通过在放电器的周围所产生的热量来熔化可熔的物质6。在此，接触元件7被释放并且通过弹簧夹3的弹力F被压到外部电极2上，参看图3。在这样的情况下，通过弹簧夹和接触元件7来短路中间电极1和外部电极2。
在图4A至6中示出了另一种实施例，在该实施例中接触元件7通过弹性的变形而被施加预应力。
接触元件7具有带固定的端部21a和自由的端部21b的片簧21。片簧的固定的端部21a固定在金属板5c上，例如硬焊接在其上。片簧的自由的端部21b例如通过与金属板5c或者片簧的其它段(例如固定的端部)的软焊接来施加预应力。
如果片簧21如在图4A中示意性地示出的那样构造成“手风琴”的形状，则有利的是，其被折叠的段在正常工作状态中通过软焊接粘结在一起并且因此被预加应力。
片簧21和弹簧夹3例如可以由铍化铜(CuBe)制造。
在故障情况下，可熔的物质熔化，其中通过折叠而被施加了预应力的片簧被释放。叠在一起的片簧弹开。在图4B中示出了在弹性机构反应之后展开的片簧。
在图4C中示出了根据图4A的已插入到起隔离作用的保持件5b中的弹性机构。
在图5和6中示出了在图4A和4B中示意性地示出的、反应之前或者之后的弹性机构。
如在图5中所表示的那样，图4C中所示的型体优选通过压配合插入环16或者插入外部电极2的下沉的区域中。在此，通过弹簧夹3的弹力将金属板5c压向起隔离作用的保持件。金属板5c没有开口。
在本发明的这种变型方案中，在外部电极2、起隔离作用的保持件5b和金属板5c之间形成有封闭的空腔22。弹性机构的可移动的部分(即构造为片簧的接触元件)在此完全地设置在封闭的空腔22中。
在图5中可以看到，片簧21的自由的端部保持与外部电极2间隔，其中在其间形成有在故障情况下待跨接的空隙20。
在图6中示出了根据图5的、在弹性机构反应之后的电涌放电器。通过火花击穿使可熔的物质6变软。片簧的自由的端部通过弹力被压向外部电极2并且因此通过金属片和弹簧夹产生外部电极与中间电极之间的可靠接触。
尽管在这些实施例中仅描述了本发明的有限数量的可能的改进方案，但本发明并不限于这些实施例。原则上可能的是，被插入的部分的压配合可通过其它方式的嵌入、例如注入来替代。本发明并非限于示意性示出的元件的数量。显而易见地，所描述的保护机构并不限于仅仅保护中间电极1与外部电极2之间的断路间隔。通过对称的结构也可以相应的方式和方法保护中间电极1与其它外部电极之间的第二断路间隔。
参考标号表1中间电极2外部电极3弹簧夹5a 金属板5b 起隔离作用的保持件5c 金属板6可熔的物质7接触元件11 接触元件7的段12 接触元件7的变细部16 铁-镍合金构成的环19 陶瓷体20 接触元件7与外部电极2之间的空隙22 空腔21 片簧21a 片簧21的固定的端部21b 片簧21的自由的端部F弹力
权利要求
1.一种电涌放电器，其具有至少一个外部电极(2)和至少一个另外的电极(1)，—在所述电涌放电器中通过弹性机构向导电的、与所述外部电极(2)通过空隙(20)而间隔的接触元件(7)施加预应力，其中所述弹性机构沿朝向所述外部电极(2)的方向向所述接触元件(7)施加弹力(F)；—在所述电涌放电器中在所述另外的电极(1)与所述接触元件(7)之间设置有导电的连接，—其中所述外部电极(2)与所述接触元件(7)之间的所述空隙(20)设置在紧密封闭的空腔(22)中。
2.根据权利要求1所述的电涌放电器，其中所述另外的电极(1)与所述接触元件(7)之间的导电的连接实施为固定在所述另外的电极(1)上的弹簧夹(3)的形式。
3.根据权利要求1所述的电涌放电器，其中所述弹簧夹(3)将弹力(F)施加到导电的、与所述外部电极(2)间隔的接触元件(7)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电涌放电器，在所述电涌放电器中，所述接触元件(7)借助可熔的物质(6)固定在金属板(5a)的开口中，其中所述金属板(5a)至少部分形状锁合地嵌在起隔离作用的保持件(5b)中，所述起隔离作用的保持件(5b)设置在所述金属板(5a)与所述外部电极(2)之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电涌放电器，其中所述接触元件(7)在所述物质(6)未熔化时与所述外部电极(2)间隔。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的电涌放电器，其中在所述物质(6)熔化时通过所述弹簧夹(3)将所述接触元件(7)压向所述外部电极(2)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的电涌放电器，其中所述空腔(22)由所述接触元件(7)、所述金属板(5a)、所述起隔离作用的保持件(5b)和所述外部电极(2)形成边界。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电涌放电器，其中所述空腔(22)通过所述物质(6)来密封。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的电涌放电器，其中所述接触元件(7)机械固定地与所述弹簧夹(3)相连，或者构成为所述弹簧夹(3)的组成部分。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的电涌放电器，其中所述接触元件(7)具有螺栓的形状。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的电涌放电器，其中所示金属板(5a)是圆盘。
12.根据权利要求10或11所述的电涌放电器，其中所述接触元件(7)在位于所述外部电极(2)与所述金属板(5a)之间的段(11)上具有变细部(12)。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的电涌放电器，其中所述可熔的物质(6)是焊剂。
14.根据权利要求2至13中任一项所述的电涌放电器，其中所述外部电极(2)在边缘具有环(16)，所述环由镍铁合金构成。
15.根据权利要求2至14中任一项所述的电涌放电器，其中所述弹簧夹(3)由弹簧钢制造。
16.根据权利要求1所述的电涌放电器，—其中所述接触元件(7)设置在紧密封闭的空腔(22)中。
17.根据权利要求16所述的电涌放电器，—其中设置有导电的、至少部分嵌在起隔离作用的保持件(5b)中的金属板(5c)，—其中所述接触元件(7)具有弹簧，所述弹簧的固定端固定地与所述金属板(5c)相连。
18.根据权利要求17所述的电涌放电器，其中所述弹簧的自由端借助可熔的物质(6)与所述外部电极(2)保持间隔。
19.根据权利要求17或18所述的电涌放电器，其中在物质(6)熔化时所述弹簧的自由端压向所述外部电极(2)。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的电涌放电器，其中所述弹簧构造为片簧(21)。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的电涌放电器，其中所述另外的电极(1)与所述接触元件(7)之间的导电连接实施为固定在所述另外的电极(1)上的弹簧夹(3)，所述弹簧夹压向所述金属板(5c)。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的电涌放电器，其中所述弹簧构造为折叠的片簧，其中所述片簧的折叠部分别由所述物质(6)有弹性地预加应力。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的电涌放电器，其嵌在胶体中。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的电涌放电器，其具有两个外部电极(2)，其中所述另外的电极(1)是中间电极。
全文摘要
本发明涉及一种电涌放电器，其具有一个另外的电极(1)和至少一个外部电极(2)，以及导电的、与外部电极(2)通过空隙(20)间隔的接触元件(7)，该接触元件在正常状态中由弹性机构来施加预应力，其中弹性机构沿朝向外部电极(2)的方向向接触元件(7)施加弹力(F)。在另外的电极(1)与接触元件(7)之间设置有导电的连接。外部电极(2)与接触元件(7)之间的空隙(20)设置在紧密封闭的空腔(22)中。在发生故障的情况下，对接触元件施加预应力的弹性机构由过热作用而被触发，由此接触元件被释放，并在弹力的作用下被压到外部电极上并因此在外部电极与另外的电极之间发生短路。
文档编号H01T1/14GK1961464SQ200580016794
公开日2007年5月9日 申请日期2005年4月19日 优先权日2004年5月27日
发明者彼得·博贝特, 迈克尔·梅韦斯 申请人:爱普科斯公司