專利名稱：用在過電壓保護(hù)器具中的、具有優(yōu)選構(gòu)成為撞針的附加的機(jī)械觸發(fā)器的過電流保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的、用在過電壓保護(hù) 器具中的、具有優(yōu)選構(gòu)成為撞針的附加的機(jī)械觸發(fā)器的過電流保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
過電壓保護(hù)器具在電網(wǎng)和信息技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中用于保護(hù)設(shè)備、負(fù)載以 及終端器械。
這種過電壓保護(hù)器具尤其在過電壓事件例如避雷事件中將電壓限定 到不危險(xiǎn)的值。
在過電壓事件中通過脈沖電流在橫向路徑中導(dǎo)出而實(shí)現(xiàn)這種限定并
且從而總體上并聯(lián)于負(fù)載接頭。
在其他的情況中作為過電壓保護(hù)元件采用火花間隙、變阻二極管、 抑制二極管、氣體放電器和非線性電阻以及他們的組合。
上述提及的元件總體上具有非線性響應(yīng)特性或者非線性特征曲線。
在這些元件經(jīng)常響應(yīng)時(shí)或者在由于過高的或者過長時(shí)間持續(xù)的過電
壓或電流的過載的情況下，會(huì)發(fā)生過電壓保護(hù)器具的逐漸的老化或破壞。 在具有不同的功率強(qiáng)度和/或不同的過電壓保護(hù)電平的過電壓放電
器的通常的級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)中，由于老化或者也由于設(shè)備的改變，即使在過
電壓放電器的原始正確的尺寸以及協(xié)調(diào)的情況中，也提高過載危險(xiǎn)。
這種協(xié)調(diào)的、經(jīng)常具有不同作用原理的器具的過載會(huì)導(dǎo)致不期望的
和部分地對(duì)于整個(gè)設(shè)備危險(xiǎn)的損壞。
對(duì)于過載原因在此是多種多樣的并且對(duì)于相應(yīng)保護(hù)器具是特定的。 在例如提及的變阻二極管中在通過經(jīng)過較長時(shí)間非常小的泄漏電流
而逐漸老化時(shí)會(huì)產(chǎn)生破壞。在此在很多情況中熱分離裝置用作為對(duì)于這種載荷的保護(hù)裝置。
借助于這種熱分離裝置在其斷開容量之內(nèi)在毫安至若干安培范圍內(nèi) 的以及在變阻二極管的低壓范圍內(nèi)的小泄漏電流中通?？梢詫?shí)現(xiàn)充分的 保護(hù)。
如果變阻二極管用在其功率容量之上的脈沖電流或者用極其高的電 流增長率和電壓增長率加載，那么該變阻二極管可以被擊穿或者跳火。
在用長時(shí)間連續(xù)的瞬態(tài)的或者市電頻率的過壓加載時(shí)，相反在幾十 毫秒的時(shí)間之后會(huì)發(fā)生變阻二極管的熱熔斷或者擊穿。
剛剛描述的故障不會(huì)通過已知的熱分離裝置控制，因?yàn)槠漤憫?yīng)時(shí)間 在正常情況中為若干秒。
在此由上述已知的原因通常的是，變阻二極管與傳統(tǒng)的電的熔斷安
全裝置或者開關(guān)器具串連。
變阻二極管片的制造者對(duì)于足夠的保護(hù)經(jīng)常規(guī)定這種預(yù)先安全裝置
的最大的額定電流值。通常的熔斷安全裝置在脈沖電流加載時(shí)通常明顯 在其理論的絕熱的熔化積分值之下已經(jīng)響應(yīng)。
但是在短的、但是高的加載于變阻二極管的脈沖電流中，變阻二極 管的加載界限已經(jīng)明顯位于安全裝置的理論值之上并且從而遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該 安全裝置的實(shí)踐的最大值。
這意味著，使變阻二極管毫無問題地多次放電的脈沖值可能已經(jīng)在 一次加載時(shí)導(dǎo)致安全裝置的破壞，該載荷對(duì)于變阻二極管片的保護(hù)按其 制造規(guī)定是最大允許的。
因此為了盡可能簡(jiǎn)單地利用變阻二極管片的功率容量，經(jīng)常由過電 壓保護(hù)器具的制造者推薦較大的安全裝置。但是這在故障的情況中由于 較高的ft值加載而可以導(dǎo)致器具的明顯損壞，該ft值由于過遲的觸發(fā) 而產(chǎn)生。
除了過電壓保護(hù)元件的保護(hù)功能之外，安全裝置的響應(yīng)經(jīng)常用作為 過電壓保護(hù)元件的過載和分離的顯示準(zhǔn)則。
因此電流中斷或者提高的電壓失靈通過安全裝置評(píng)價(jià)。
除了光學(xué)的顯示之外，電信號(hào)也用于聲學(xué)顯示或者遠(yuǎn)程通報(bào)的開關(guān)的打開以及關(guān)閉。但是電能用于信號(hào)輸出具有多種缺點(diǎn)。許多顯示器需 要能量并且造成不期望的電流泄漏。在脈沖電流加載安全裝置時(shí)的中斷 經(jīng)常是不確定的和不期望的。
安全裝置的熔絲在脈沖加載之后具有極其不同的損壞，它可以從各 平行的窄部的分離直至導(dǎo)致熔絲的整體破壞，而不產(chǎn)生本身期望的高歐 姆的中斷。
由于上述的解釋，電流在毫安范圍內(nèi)或者也在安培范圍內(nèi)還是可能 的，而顯示功能不顯示器具的故障。這在重新的過電壓事件中盡管設(shè)備 的控制仍會(huì)導(dǎo)致顯著的損壞。
在縱向支路中的市電頻率的故障電流中以及在橫向支路的脈沖電流 中，對(duì)于描述的特性的原因在于安全裝置的不同的工作方式。
在縱向支路中的市電頻率的電流過高時(shí)，熔絲中斷表現(xiàn)出最一致的 中斷位置并且觸發(fā)的安全裝置的電壓強(qiáng)度必須比電網(wǎng)電壓更高，該電流 過高導(dǎo)致安全裝置的響應(yīng)。這導(dǎo)致在安全裝置內(nèi)的高歐姆的且相當(dāng)長的 氣隙。
相反在橫向支路中電網(wǎng)電壓強(qiáng)度即使還在適當(dāng)?shù)倪^載的情況中總體 上仍通過過電壓保護(hù)器具承擔(dān)。也就是說，安全裝置本身在其響應(yīng)之后 不強(qiáng)制地用電網(wǎng)電壓加載。這有時(shí)導(dǎo)致在安全裝置內(nèi)的不確定的氣隙。
另一方面脈沖電流經(jīng)常導(dǎo)致熔絲的顯著的機(jī)械的加載并且導(dǎo)致在熔 絲的通常平行的窄部內(nèi)的明顯不同的電流分布。因此經(jīng)常發(fā)生熔絲的局 部破壞。如果脈沖的能量剛好足夠用于無例外地在所有窄部區(qū)域內(nèi)熔化 熔絲，那么這不強(qiáng)制地導(dǎo)致高歐姆的氣隙。熔化的熔絲剩余部分以及包 圍的填充物經(jīng)常導(dǎo)致與幾千千歐的電阻的導(dǎo)電連接。由此這會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng) 的基于電能的裝置的錯(cuò)誤顯示。除了放電狀態(tài)的故障顯示，這在重新的 脈沖加載時(shí)還導(dǎo)致過電壓放電器和/或安全裝置的破壞。另外負(fù)載由于故 障的過電壓保護(hù)裝置受到危險(xiǎn)。對(duì)負(fù)載的危險(xiǎn)尤其在采用所謂的組合式 放電器的情況下顯著提高。在這些器具中過電壓保護(hù)經(jīng)常僅在一個(gè)器具 中實(shí)現(xiàn)，也就是說，取消具有不同安全電平并同時(shí)具有冗余作用的不同 工作能力的過電壓放電器的否則通常的級(jí)聯(lián)。DE 199 14 313 Al顯示火花間隙的所謂的點(diǎn)火輔助機(jī)構(gòu)的保護(hù)裝置。 在此采用熔絲或者可逆的安全裝置。安全裝置的熔化借助于電子控制裝 置用于光學(xué)的、聲學(xué)的和/或電子的顯示。在安全裝置響應(yīng)之后沒有點(diǎn)火 輔助機(jī)構(gòu)的火花間隙可以施加具有提高的安全電平的冗余的防護(hù)功能。 另外由于安全裝置的斷開特性產(chǎn)生的顯示功能的導(dǎo)出由DE 38 31 935、 DE 197 51 470或者例如DE 32 28 471已知。
US-PS 6157529公開電流回路借助于安全裝置以及開關(guān)保持線圏的 斷開而中斷。
點(diǎn)火輔助機(jī)構(gòu)如在DE 199 14 313 Al中描述的那樣也在組合式》文電 器中使用。在這種放電器中點(diǎn)火輔助機(jī)構(gòu)本身可以構(gòu)成為獨(dú)立的過電壓 保護(hù)器具，該過電壓保護(hù)器具在自身過載的危險(xiǎn)中才通過觸發(fā)功能激活 短路元件(通常為火花間隙)。組合式放電器例如在DE 198 38 776 C2 中公開。

發(fā)明內(nèi)容
因此由上述內(nèi)容出發(fā)，本發(fā)明的目的是，實(shí)現(xiàn)一種用在過電壓保護(hù) 器具中的、具有優(yōu)選構(gòu)成為撞針的附加的機(jī)械的觸發(fā)器的過電流保護(hù)裝 置，它具有高的老化穩(wěn)定的脈沖載流能力、機(jī)械的顯示功能或者對(duì)這種 顯示功能和信號(hào)功能的支持性以及高的斷流容量。
另外需要實(shí)現(xiàn)的過電流保護(hù)裝置應(yīng)該具有小的結(jié)構(gòu)尺寸、是裝配友 好的以及具有高的尖峰電流強(qiáng)度和高的開關(guān)電壓。
本發(fā)明的目的的解決方案通過按權(quán)利要求1的特征組合的過電流保 護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，其中從屬權(quán)利要求描述至少適宜的結(jié)構(gòu)和進(jìn)一步方案。
因此按本發(fā)明設(shè)置功能單元的組合體。該組合體包括具有并聯(lián)的指 示安全裝置的適用于脈沖電流的熔化安全裝置，其承擔(dān)撞針功能。撞針 可以用于機(jī)械地觸發(fā)光學(xué)的和/或電的顯示器。撞針和信號(hào)功能可以無電 勢(shì)地或者帶有電勢(shì)地構(gòu)成。 ，
真正的安全裝置的脈沖載流性接近熔絲的理論的即材料特定的熔化 積分值(ft值)。因此可以避免安全裝置的否則通常的過大尺寸設(shè)計(jì)。這在現(xiàn)有技術(shù)中是必需的，因?yàn)橥ǔ５娜劢z由于動(dòng)態(tài)的電流力、不對(duì)稱 的電流分布以及在脈沖電流中的老化已經(jīng)明顯地在理論I2t值以下過載。 為此原因是熔絲的幾何形狀、熔絲的接觸的形式、向熔絲的和在熔絲內(nèi) 的導(dǎo)流、熔絲固定以及導(dǎo)致老化或者提前過載的輔助材料。
用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的小的結(jié)構(gòu)形式位于基本上5 x 20mm的通常的器具 保護(hù)裝置的范圍內(nèi)。這種小的裝置能按尤其簡(jiǎn)單的方式固定在印制電路 板和SMD構(gòu)件上。
按本發(fā)明可能性在于，前述的過電流保護(hù)裝置用于組合式放電器的 觸發(fā)回路。
過電流保護(hù)裝置包括一個(gè)第一功能單元，該第一功能單元包含機(jī)械 的觸發(fā)器。第一功能單元具有一個(gè)第一熔化元件。
一個(gè)第二功能單元構(gòu)成為真正的過載保護(hù)裝置并且具有一個(gè)第二熔
化元件。
每個(gè)功能單元設(shè)置在一個(gè)殼體內(nèi)，其中在相應(yīng)的殼體上存在側(cè)面的 對(duì)置的封閉蓋，并且熔絲分別設(shè)置在殼體內(nèi)部并且電連接到封閉蓋上。 第一和第二功能單元電并聯(lián)并且所述并聯(lián)與過電壓保護(hù)器具串聯(lián)。
功能單元構(gòu)成一個(gè)共同的機(jī)械的組合體，其中每個(gè)殼體由 一個(gè)分開 的彈性的外套或者兩個(gè)殼體由一個(gè)共同的彈性的外套包圍。
相應(yīng)功能單元的每一側(cè)的封閉蓋電連接地和機(jī)械連接地過渡到 一個(gè) 連接突起內(nèi)，該連接突起允許或者便于總裝置在已經(jīng)提及的印制電路板 上裝配。
在第一功能單元的封閉蓋上設(shè)置一個(gè)用于接納彈簧預(yù)緊的撞針的 腔，其中撞針由第一熔化元件保持在其靜止位置中。通過熔化第一熔化 元件，彈簧預(yù)緊力獲得作用并且撞針運(yùn)動(dòng)到其最大可達(dá)到的最終位置中。
第一熔化元件由金屬絲構(gòu)成，該金屬絲具有高的抗拉性，并且其ft 值明顯小于第二熔化元件的材料的ft值。
第一功能單元的殼體構(gòu)成一個(gè)電弧開關(guān)室，該電弧開關(guān)室由一個(gè)管 形體構(gòu)成，該管形體在側(cè)面連接一個(gè)空心室，該空心室構(gòu)成用于接納撞 針的腔。在電弧開關(guān)室與空心室之間設(shè)置一個(gè)或多個(gè)絕緣的薄板，第 一熔化 元件穿過該薄板。
電弧開關(guān)室用滅孤劑填充。
帶有撞針的空心室由一個(gè)翻邊蓋限定，其中翻邊蓋的遠(yuǎn)離電弧燃燒 室的一側(cè)構(gòu)成一個(gè)用于撞針的撞板的止擋并且從而構(gòu)成行程界限。 撞板本身可以由絕緣蓋包圍。
撞板構(gòu)成為撞擊心軸或者撞擊銷釘，其中移動(dòng)行程可以通過一個(gè)止 擋以及一個(gè)在罩蓋內(nèi)的凹槽限定。
第一熔化元件可以由組合的材料構(gòu)成并且具有至少窄部和/或帶有 不同阻抗或不同電阻的部段。
第二功能單元具有一個(gè)帶有側(cè)面的封閉蓋的空心圓柱形的殼體，其 中第二熔化元件作為帶、金屬絲或者以空心圓柱體形狀從蓋引導(dǎo)至蓋。
在此需要說明的是，第一功能單元的殼體可以具有管或者空心圓柱 體的形狀。
第二功能單元的金屬絲式的或者空心圓柱體式的熔化元件通過力鎖 合和/或形鎖合在蓋內(nèi)或者在蓋上與內(nèi)側(cè)或者與相應(yīng)的穿孔連接。
第二熔化元件的空心圓柱體可以具有確定的窄部和/或變細(xì)部。
第二功能單元的殼體也具有填充物。填充物可以由可高度壓縮的松 散材料構(gòu)成，或者但是也包含可壓縮的材料。
在作為帶的第二熔化元件的實(shí)施形式中，該帶構(gòu)成為具有寬與高之
比小于4: 1的比例的扁線。
第二熔化元件可以由在殼體內(nèi)的導(dǎo)向筋、導(dǎo)向環(huán)或類似的物件保持。 不僅第一功能單元而且第二功能單元可以由一個(gè)共同的外部殼體包
圍或者設(shè)置在這種殼體內(nèi)。


下面要助于實(shí)施例以及參考附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。在此 圖l顯示過電流保護(hù)裝置的電結(jié)構(gòu)的原理圖2顯示在電并聯(lián)和幾何并聯(lián)中的過電流保護(hù)裝置的實(shí)施方案的側(cè)視圖3顯示第一功能單元的優(yōu)選的實(shí)施形式的剖視圖4a至4c顯示功能單元的另外的實(shí)施形式，包括撞針結(jié)構(gòu)的變形
方案；
圖5顯示用于改變第一功能單元的熔絲阻抗的變形方案；
圖6顯示在第一功能單元的電弧開關(guān)室中的電阻材料的結(jié)構(gòu)；
圖7顯示第二功能單元的原理結(jié)構(gòu)，包括熔帶或熔絲；
圖8顯示類似于圖7的實(shí)施形式的剖視圖，但是包括導(dǎo)向筋；
圖9顯示兩個(gè)功能單元的組合的剖視圖，包括可見的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
圖IO顯示功能單元的組合的另一變形方案，包括在第一與第二功能
單元之間的改變的內(nèi)部的導(dǎo)流；
圖11和12顯示用于固定功能單元的有選擇的結(jié)構(gòu)，并且
圖13顯示第一功能單元的實(shí)施形式的可能性的剖視圖，該第一功能
單元與第二功能單元分開地例如按圖ii或12可以電并聯(lián)地但是不是以
幾何組合體地設(shè)置在一個(gè)印制電路板上。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示本發(fā)明的原理圖。按本發(fā)明的器具A由兩個(gè)功能單元構(gòu)成。 一個(gè)功能單元Al承擔(dān)用于過電壓元件B的過載保護(hù)并且構(gòu)成真正的過 電流保護(hù)裝置。另一功能單元A2在功能單元Al響應(yīng)之后借助于一個(gè)優(yōu) 選安裝的撞針實(shí)現(xiàn)機(jī)械的顯示功能和信號(hào)功能。
用于過電壓保護(hù)器具的前述的過電流保護(hù)裝置優(yōu)選由一個(gè)電并聯(lián)以 及幾何并聯(lián)即空間上平行設(shè)置的、固定的、包括兩個(gè)功能單元1和2的 組合體構(gòu)成。
電接觸優(yōu)選共同通過可接觸印制電路板的接頭6實(shí)現(xiàn)，所述接頭同 時(shí)可以用于機(jī)械地接合并聯(lián)的功能單元1和2。
在圖2中顯示的接頭6可以具有一個(gè)變細(xì)部，因此撞針關(guān)于印制電 路極的位置優(yōu)選可以明確地確定(未顯示)。
通過連接兩個(gè)功能單元1、 2實(shí)現(xiàn)一種裝配友好的解決方案并且同時(shí)支持小結(jié)構(gòu)尺寸的要求。如由圖2可見，功能單元1和2上下疊置。
在接頭6相應(yīng)地折角時(shí)，兩個(gè)連接的功能單元也可以占據(jù)一個(gè)平行
于未描述的印制電路板的位置或者一個(gè)任意的角度位置。
每個(gè)功能單元l、 2由一個(gè)彈性外套4在圓周側(cè)上以及由共同的側(cè)面
的連接蓋3包套或者包圍并且因此機(jī)械地穩(wěn)定和固定。
彈性的外套4按簡(jiǎn)單形式可以構(gòu)成為帶有或不帶有織物元件的軟管
或者收縮軟管，但是也可以構(gòu)成為例如由彈性的塑料材料構(gòu)成的第二管。 上述措施和在印制電路板上的固定導(dǎo)致功能單元的斷流容量提高。 第一功能單元1借助于一個(gè)撞針或者一個(gè)撞針板5實(shí)現(xiàn)期望的機(jī)械
的顯示功能以及產(chǎn)生高的開關(guān)電壓。
第二功能單元2承擔(dān)另外的已經(jīng)提及的任務(wù)。
通過在功能單元內(nèi)的適宜的分開，盡管小的尺寸仍在單元的高的I2t 值的情況下可以實(shí)現(xiàn)高的斷流容量以及功能可靠的撞針觸發(fā)。 第一功能單元l包含用于觸發(fā)撞針的機(jī)構(gòu)。
通過撞針，在最大直至功能單元的總長的一半的距離中， 一個(gè)確定 的力施加到觸發(fā)系統(tǒng)或者顯示裝置上。
可傳遞的力的大小可以從大約一牛頓至幾十牛頓以確定的間隔變化 地調(diào)節(jié)和設(shè)定。
在一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，為此采用預(yù)緊的壓力彈簧。當(dāng)然撞針本 身可以按類似于一種簡(jiǎn)單常用的標(biāo)識(shí)警報(bào)器的方式用作為光學(xué)顯示器。
除了提及的彈簧之外，也可以設(shè)置用于撞針功能的氣體發(fā)生器或者 點(diǎn)爆藥包。
在釆用彈簧時(shí)，用金屬絲實(shí)現(xiàn)必要的高的和老化穩(wěn)定的預(yù)緊，該金 屬絲具有高的抗拉強(qiáng)度。金屬絲的ft值這樣協(xié)調(diào)，使得該值明顯小于第 二功能單元的ft值。優(yōu)選小于1%的值。相反金屬絲的米計(jì)電阻明顯比 在第二功能單元中的更高。優(yōu)選采用大約l: 100的較大比例。此外金屬 絲可以巻繞到載體上，以便具有附加的阻抗。
通過上述的協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)，第一功能單元的金屬絲在脈沖加載的情況中 保持幾乎未加載。在故障情況即在第二功能單元中中斷導(dǎo)流的情況中，
12熔絲也幾乎無滯后地通過電流中斷，該電流多倍于其載流能力。這在由
于市電頻率的電流的故障時(shí)也是這種情況。優(yōu)選地大約20至1000的過 載系數(shù)。該過載系數(shù)保證絕熱地加熱金屬絲并且保證熔絲的所謂條狀分 解(Streifenzerfall)。
條狀分解導(dǎo)致高的開關(guān)電壓。該電壓的大小可以通過金屬絲的幾何 結(jié)構(gòu)以及材料選擇受到影響。開關(guān)電壓的大小也通過故障情況以及故障 電流回路的阻抗情況確定。
在經(jīng)常包含脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器的觸發(fā)輔助機(jī)構(gòu)中，產(chǎn)生的電弧電壓由于電 流回路的感應(yīng)的提高而提高。
從而在適當(dāng)協(xié)調(diào)時(shí)，即使在功能單元的小尺寸的情況中也能產(chǎn)生幾 百伏至若干千伏的開關(guān)電壓。該電壓在正常情況中是足夠的，以便尤其 點(diǎn)燃具有表面放電路線(Gleitentladungsstrecke )的火花間隙。
圖3顯示第一功能單元的一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。
在^L圖中未顯示彈性的外套4并且也未顯示共同的蓋3的結(jié)構(gòu)。功 能單元l由一個(gè)電弧開關(guān)室17和一個(gè)空心室16構(gòu)成，該空心室用于接 納撞針5。電弧開關(guān)室17和空心室16并排位于一個(gè)共同的軸線上。
電弧開關(guān)室17通過例如由陶瓷構(gòu)成的固定的管7和蓋8和9限定。 設(shè)置在內(nèi)部的熔絲11通過電弧開關(guān)室17和空心室16引導(dǎo)至撞針5。為 此在蓋9內(nèi)設(shè)置一個(gè)孔。為了良好地隔離電弧開關(guān)室17，設(shè)置一個(gè)或兩 個(gè)絕緣薄板IO。薄板10優(yōu)選由一個(gè)彈性和耐電弧的絕緣材料制成。這允 許容易地刺穿材料并且允許緊靠到熔絲11上，因此可以避免在薄板與熔 絲之間的不期望的間隙。
電弧開關(guān)室可以用例如由石英砂材料構(gòu)成的滅弧劑15填充。
空心室16由專門的連接蓋9包圍。撞針5具有一個(gè)外部的屏蔽件， 該屏蔽件具有一個(gè)比空心室16更大的尺寸。撞針5也具有一個(gè)孔,熔絲 11引導(dǎo)通過該孔并且是可固定的。在空心室16內(nèi)存在一個(gè)預(yù)緊的彈簧 12,該彈簧用于實(shí)施撞針功能。
圖4a至4c顯示撞針實(shí)施形式的有選擇的結(jié)構(gòu)變形方案。
按圖4a,整個(gè)撞針位于蓋9的空腔內(nèi)。
13按圖4b, —個(gè)例如導(dǎo)電的撞針通過由絕緣材料構(gòu)成的附加的蓋13 遮蓋。因此撞針的觸點(diǎn)閉合無電勢(shì)地構(gòu)成并且蓋13用作為防止產(chǎn)生的氣 體或污物的附加的保護(hù)裝置。
按圖4c的撞針的實(shí)施形式在沒有外部止擋的情況不可丟失。
撞針的往復(fù)行程和末端力通過在罩蓋21的邊緣上的止擋確定。
在本實(shí)施形式中非常簡(jiǎn)單地可能的是，除了彈簧力之外輔助地也利 用在開關(guān)室內(nèi)存在的壓力。因此可以放棄在蓋9的空腔之前的薄板10。 用于避免等離子吹出的密封裝置通過按圖4c的撞針的結(jié)構(gòu)自身地實(shí)現(xiàn)。 這種結(jié)構(gòu)變形方案也適用于實(shí)現(xiàn)熱技術(shù)的撞針。
尤其有意義地指出絕緣薄板IO。薄板10用于密封開關(guān)室，因此防止 電離的等離子的排出。等離子與放電器的非吹出特性相反并且在小的空 間情況中意味著危險(xiǎn)。
另外絕緣薄板10防止開關(guān)電弧穩(wěn)定地立足于相對(duì)的連接蓋上，因此 降低開關(guān)功率并且從而降低第 一單元的負(fù)載。
取代薄板10也可以釆用實(shí)心的絕緣材料。同樣整個(gè)穿通部可以由絕 緣材料構(gòu)成。在這種情況中電流通過前面的空心圓柱體蓋和撞針引導(dǎo)至 金屬絲。
如果僅穿通部的內(nèi)部區(qū)域由絕緣材料制成，那么可以實(shí)現(xiàn)通過彈簧 至金屬絲的導(dǎo)流，此時(shí)彈簧直徑大于絕緣區(qū)域。
也可以利用用于固定撞針的金屬絲穿通部的另外的變形方案。同樣 對(duì)于作為熔絲的金屬絲可以采用組合的金屬絲材料。
圖5顯示具有一個(gè)多重組合的熔絲的實(shí)施形式。該結(jié)構(gòu)變形方案具 有如下優(yōu)點(diǎn)，即熔絲僅在窄部的區(qū)域內(nèi)汽化。從而電弧區(qū)域可以優(yōu)化地 定位在滅弧室內(nèi)并且降低等離子吹出的危險(xiǎn)。
按圖5，除了熔絲阻抗之外，還連接其它的阻抗，而且例如以電阻 22的形式。該結(jié)構(gòu)變形方案具有如下優(yōu)點(diǎn)，即電流直至熔絲熔化并且也 在熔絲熔化之后可以被限制。由此得到積極的斷流容量。
按圖6，電阻材料20置入到電弧開關(guān)室內(nèi)，真正的熔絲接觸該電阻 材料。除了置入電阻或者電阻材料之外另外還可以采用其他阻抗。但是阻抗也已經(jīng)可能設(shè)置在功能單元之外，這在分開的功能單元的
情況中毫無問題地是可能的。但是也在按圖2的組合體的情況中這種阻 抗結(jié)構(gòu)可以無困難地實(shí)現(xiàn)。因此功能單元的蓋材料8、9由電阻材料構(gòu)成。 共同的連接蓋3可以在向功能單元2的電流過渡部上方由電阻材料構(gòu)成， 或者用于提高阻抗的措施例如窄部或者曲折部可以設(shè)置在功能單元1與 2之間的連接區(qū)域內(nèi)。
預(yù)緊的降低以及金屬絲的定心可以通過在穿通區(qū)域內(nèi)的釬焊固定實(shí) 現(xiàn)。在此穿通部以及焊料(例如低的熔化溫度、小的體積)這樣選擇， 使得產(chǎn)生的電弧消除金屬絲的固定。
金屬絲此外可以多重地巻繞以便圍繞彈簧分布力。撞針可以松動(dòng)地 或者不可丟失地構(gòu)成。同樣撞針的導(dǎo)電的實(shí)施形式是可能的，但是絕緣 的變形方案也是可能的。
導(dǎo)電的實(shí)施形式除了基本功能之外可以附加地用于傳遞電信號(hào)。相 反絕緣的實(shí)施形式保證可能的顯示機(jī)構(gòu)的期望的無電勢(shì)性。
圖7示例顯示第二功能單元的實(shí)施形式變形方案。第二功能單元實(shí) 現(xiàn)保護(hù)器具的基本功能。
為了獲得高的脈沖載流能力利用下面的措施。熔絲3 0的固定僅通過 最小地利用如下介質(zhì)或者在放棄如下介質(zhì)的情況下實(shí)現(xiàn)，所述介質(zhì)在正 常狀態(tài)中或者在加熱時(shí)例如通過氧化或者擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致熔絲的老化。這種 消極的介質(zhì)是焊料、釬焊物以及其它的易于擴(kuò)散或者易于與熔絲反應(yīng)的 材料。這也針對(duì)填充介質(zhì)。取代釬焊連接地優(yōu)選利用在避免擁擠的情況 下大面積的夾緊連接或者但是也利用熔焊連接。
熔絲30為了獲得最大的脈沖載流能力可以單件式地以金屬絲的形式 或者可以作為空心圓柱體構(gòu)成。
在高的熔絲橫截面中空心圓柱體形狀優(yōu)先于平行的熔絲的通常的分 布，因?yàn)樵摽招膱A柱體形狀盡管有類似高的斷流容量，但鑒于老化和可 能的不均勻的電流分布具有較小的缺點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)用于提高斷流容量的分開的窄部，可以在圓柱體上設(shè)置逐 漸的熔絲變細(xì)部。變細(xì)部這樣構(gòu)成，使得在高的電流增長率的情況中實(shí)現(xiàn)在熔絲并且尤其是窄部區(qū)域的每個(gè)軸向部段中的幾乎均勻的電流密度 分布。
變細(xì)部不僅可以在圓周中而且可以在層厚中實(shí)現(xiàn)。除此之外也可以 導(dǎo)電地或者不導(dǎo)電地施加筋，因此可以分布或者局部極端地收束電弧。
在此空心導(dǎo)體可以構(gòu)成為空心圓柱體，但是也可以構(gòu)成為圓柱體的 導(dǎo)電的覆層。
在選擇空心圓柱體時(shí)，該空心圓柱體可以用相同的滅弧劑或者用不 同于通常的電弧燃燒室的另外的滅弧劑填充。在對(duì)圓柱體涂層時(shí)，該圓 柱體可以由絕緣材料或者半導(dǎo)體材料構(gòu)成。通過圓柱體的合適的材料選 擇可以支持滅弧。材料例如可以是排氣的。在該實(shí)施形式中得到高的機(jī) 械強(qiáng)度、足夠的斷流容量以及高的脈沖載流能力。如果整個(gè)火花間隙的 空間尺寸有限，那么作為具有內(nèi)部涂層的空心圓柱體的實(shí)施形式是有意 義的。此外這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致壓力波均勻地分布至外壁或者外殼體。在過電 流保護(hù)裝置的非常大的結(jié)構(gòu)體積的情況中，空心導(dǎo)體盡管有分開的電弧 開關(guān)室仍可以提供撞針的集成的可能性。
優(yōu)選銅、銀或它們合的金用作為熔絲的材料。在采用銅時(shí)適宜的是，
施加防氧化的保護(hù)層。熔絲的導(dǎo)向在中心通過殼體31實(shí)現(xiàn)。向蓋32的 導(dǎo)流沒有或者僅有小的電流環(huán)地實(shí)現(xiàn)。
填充介質(zhì)33選擇成使其不允許熔絲30的動(dòng)態(tài)的運(yùn)動(dòng)。
如果選擇石英砂作為填充介質(zhì)，那么優(yōu)化的顆粒尺寸分布以及優(yōu)化 的壓實(shí)可以是足夠的。
附加地根據(jù)圖8可以設(shè)置導(dǎo)向筋34。導(dǎo)向筋34可以絕緣地構(gòu)成或者 但是也構(gòu)成為金屬板，用于劃分電弧。
筋34可以彼此連接用于機(jī)械的導(dǎo)向，或者在另一變形方案中平行地 間隔地支承在殼體31的內(nèi)壁上。
在填充材料的一種變形方案中采用所謂的石屑。有選擇地可高度壓 縮的松散材料也適用于填充。除了松散材料之外也可以采用環(huán)氧基或硅 基的填充介質(zhì)，帶有或沒有硬化劑。高份量的滅弧劑例如沙子、陶瓷、 玻璃或者排氣的物質(zhì)的混合物可以添加至這種材料中。如果簡(jiǎn)單的滅弧軟管套到熔絲上，那么附加地可以利用沙子填料， 或者穩(wěn)定化筋或穩(wěn)定化液體用于減弱運(yùn)動(dòng)是有利的。
在采用實(shí)心的不可壓縮的填料時(shí)并且也在釆用石屑時(shí)可考慮的是，
這些材料將壓力波在形成電弧時(shí)相對(duì)未減弱地傳遞到殼體31上。因此非 常高的動(dòng)態(tài)的殼體強(qiáng)度是必要的。有選擇地可以設(shè)置可壓縮的填充介質(zhì) 或者實(shí)現(xiàn)用于減弱壓力波的可能性。這一方面可以是用于均勻分布?jí)毫?的措施。因此附加地在熔絲與殼體壁之間可以實(shí)現(xiàn)彈性的、但是也可以 剛性的圓柱體。但是在填充介質(zhì)中也可以實(shí)現(xiàn)額定斷裂壁以及補(bǔ)償空間。 填充介質(zhì)也可以包含內(nèi)爆的組成部分。在此也可以采用由玻璃或陶瓷構(gòu) 成的空心球體。
取代填充介質(zhì)，熔絲也可以在固體中引導(dǎo)。固體為了支持滅弧能力 可以排氣地實(shí)現(xiàn)。例如聚合物如POM、自產(chǎn)氣體或者陶瓷或具有這些攙 入物的物質(zhì)用作為排氣材料。
通過上面解釋的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非常高的脈沖載流能力，該脈沖載流能力 接近于熔絲的理論值。描述的實(shí)施形式對(duì)于大量過電壓保護(hù)器具的過電 流保護(hù)裝置的要求是足夠的。
在本發(fā)明用于組合式放電器時(shí)，由于特別的要求，用于其設(shè)計(jì)和實(shí) 施形式的相應(yīng)的保護(hù)裝置的要求的其它的重要性也可以是有意義的。如 果要獲得非常高的脈沖載流能力，那么這本身在銅中導(dǎo)致熔絲的顯著的 橫截面。由于功能單元對(duì)于這種應(yīng)用的小的結(jié)構(gòu)尺寸，最大的電弧開關(guān) 功率根據(jù)殼體結(jié)構(gòu)預(yù)定。簡(jiǎn)單的圓線或者但是空心導(dǎo)體在較大的直徑中 導(dǎo)致超過負(fù)載界限。因此為了獲得高的斷流容量適宜的是，選擇熔絲的 變化的結(jié)構(gòu)。
如果空間的尺寸非常有限并且期望的脈沖載流能力是非常高的，那 么扁線可以用作為熔絲。優(yōu)選地在此采用具有寬度與厚度之比小于4: 1 的比例的扁線。
相比于相同橫截面的圓線，熔絲構(gòu)成為扁線雖然有厚度與寬度的減 小的比例但導(dǎo)致最大脈沖負(fù)載的降低，但是在此可以明顯提高斷流容量。 此外熔絲實(shí)現(xiàn)為扁線允許附加的優(yōu)化可能性。尖峰電流強(qiáng)度的大小
17可以按相當(dāng)簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。這個(gè)值尤其在組合式放電器的所謂的 觸發(fā)回路中對(duì)于保護(hù)變阻二極管是有意義的。
在安全裝置中的扁線的位置除了第二功能單元的接頭的幾何實(shí)施形 式之外還影響動(dòng)態(tài)的電流力對(duì)熔絲的作用。如果熔絲的扁平的棱邊垂直 于電流力作用并且第二功能單元的接頭長度是盡可能直的，那么可以造
成非常高的尖峰電流值(按圖9的原理結(jié)構(gòu))。
如果相反熔絲的寬的側(cè)面受到電流力并且此外電流輸送呈環(huán)狀地進(jìn) 行，那么最大的尖峰電流僅無意義地超過最大的脈沖電流的大小(見按 圖IO的原理圖)。
過電流保護(hù)器具在后 一種情況中幾乎僅由于電流力并且不是由于絕 熱的加熱而響應(yīng)。熱負(fù)載在此在熔化積分值以下。
電流輸送的長度可以在平行上下設(shè)置的功能單元中已經(jīng)通過功能單 元的順序的改變?cè)跊]有改變結(jié)構(gòu)部分的情況下實(shí)現(xiàn)。在熔絲在固態(tài)的物 質(zhì)或通常的填充物質(zhì)內(nèi)引導(dǎo)時(shí)，為了繼續(xù)降低尖峰電流強(qiáng)度并且為了提 高滅弧能力，可以加工曲折部或者繞組。
功能單元1和2具有高強(qiáng)度的殼體。可以采用專門的陶瓷、但是也 可以采用巻繞的玻璃纖維材料作為殼體的材料。
附加地每個(gè)殼體或者兩個(gè)殼體共同由一個(gè)彈性的圓柱體包圍。該圓 柱體在殼體過載時(shí)或者在蓋與殼體之間排氣時(shí)用作為附加的保護(hù)裝置。 另外延長外部的火花放電間隙并且避免危險(xiǎn)的場(chǎng)強(qiáng)提高或者危險(xiǎn)的表面 方文電路線。
彈性的圓柱體的材料因此可以由排氣材料構(gòu)成或者用這種材料涂 層。該材料在熱氣或者煙子排出時(shí)由于安全導(dǎo)致排氣，因此避免均勻地 產(chǎn)生煙子并且可以阻止表面放電。此外可以設(shè)置例如以筋的形式的其它 的部分，它們用于延長行程。
通過兩個(gè)功能單元用共同的穩(wěn)定的且形鎖合的連接蓋共同固定，實(shí) 現(xiàn)功能單元彼此間高的機(jī)械的穩(wěn)定化，但是也可以實(shí)現(xiàn)功能單元的各構(gòu) 件、尤其是在殼體上的蓋的高的機(jī)械的穩(wěn)定化。通過共同的連接蓋固定 在一個(gè)印制電路板上，可以進(jìn)一步提高機(jī)械強(qiáng)度。通過這些措施，斷流容量可以相對(duì)于單個(gè)的功能單元繼續(xù)提高。描述的措施導(dǎo)致這樣的功率 容量，該功率容量相對(duì)于相同結(jié)構(gòu)尺寸的傳統(tǒng)的保護(hù)安全裝置能明顯提 高。這不僅涉及脈沖載流能力而且涉及斷流容量。
圖11和12顯示用于將第二功能單元2固定在一個(gè)印刷電路極上的 有選擇的結(jié)構(gòu)。
按圖11，外部的蓋具有焊頭接片40，所述焊頭接片也適用于SMD 裝配。圖12顯示一種變形方案，其中功能單元可以直接釬焊到印制電路 板41上，其中為此釆用能釬焊的夾緊裝置42。
電并聯(lián)的功能單元1的固定也可以根據(jù)圖13實(shí)現(xiàn)。在此在功能單元
制的或離散的阻抗實(shí)現(xiàn)電連接。
如果簡(jiǎn)單的印制電路極安全裝置的斷流容量是足夠的，那么第二功 能單元2也可以構(gòu)成為這種安全裝置。
權(quán)利要求
1. 用于在過電壓保護(hù)器具中使用的過電流保護(hù)裝置，包括優(yōu)選構(gòu)成為撞針的附加的機(jī)械的觸發(fā)器，其特征在于第一功能單元(A2、1)包含機(jī)械的觸發(fā)器并且具有第一熔化元件(11)，第二功能單元(A1、2)構(gòu)成過載保護(hù)并且具有第二熔化元件(30)，每個(gè)功能單元設(shè)置在殼體(7、31)內(nèi)，其中在相應(yīng)的殼體(7、31)上存在側(cè)面的對(duì)置的封閉蓋(3)并且熔絲或者熔化元件分別位于殼體內(nèi)部并且電連接到封閉蓋(3)上，第一和第二功能單元電并聯(lián)并且所述并聯(lián)與過電壓保護(hù)器具串聯(lián)并且功能單元構(gòu)成一個(gè)共同的機(jī)械的組合體。
2. 按權(quán)利要求l所述的保護(hù)裝置，其特征在于相應(yīng)功能單元的每 一側(cè)的封閉蓋(3)電連接地和機(jī)械連接地過渡到一個(gè)連接突起(6)， 該連接突起允許裝置在印制電路板上裝配。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的保護(hù)裝置，其特征在于在第一功能單 元(1)的封閉蓋(3)上設(shè)置用于接納彈簧預(yù)緊的撞針的腔，其中撞針(5)由第一熔化元件(11)保持在其靜止位置中。
4. 按權(quán)利要求3所述的保護(hù)裝置，其特征在于第一熔化元件(ll) 由金屬絲構(gòu)成，該金屬絲具有高的抗拉性以及該金屬絲的121值明顯小于 第二熔化元件(30)的材料的ft值。
5. 按權(quán)利要求3或4所述的保護(hù)裝置，其特征在于殼體(7)構(gòu) 成一個(gè)電弧開關(guān)室(17),該電弧開關(guān)室由一個(gè)管形體構(gòu)成，該管形體 在側(cè)面連接一個(gè)空心室(16),該空心室構(gòu)成用于接納撞針(5)的腔。
6. 按權(quán)利要求5所述的保護(hù)裝置，其特征在于在電弧開關(guān)室(17) 與空心室(16)之間設(shè)置絕緣的薄板(10),第一熔化元件穿過該薄板。
7. 按權(quán)利要求5或6所述的保護(hù)裝置，其特征在于電弧開關(guān)室(17) 用滅弧劑填充。
8. 按權(quán)利要求5、 6或7所述的保護(hù)裝置，其特征在于空心室由 一個(gè)翻邊蓋(9)限定，其中翻邊蓋(9)的遠(yuǎn)離電弧燃燒室(17)的一側(cè)構(gòu)成一個(gè)用于撞針(5)的撞板的止擋。
9. 按權(quán)利要求8所述的保護(hù)裝置，其特征在于撞板由絕緣蓋(13 ) 包圍。
10. 按權(quán)利要求8所述的保護(hù)裝置，其特征在于撞板構(gòu)成為撞擊心軸或者撞擊銷釘，其中移動(dòng)行程通過一個(gè)止擋以及一個(gè)在罩蓋(21) 內(nèi)的凹槽限定。
11. 按上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的保護(hù)裝置，其特征在于第一熔 化元件(11)由組合的材料構(gòu)成并且具有至少一個(gè)窄部和/或帶有不同阻 抗或不同電阻的部段。
12. 按上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的保護(hù)裝置，其特征在于第二功 能單元具有一個(gè)帶有側(cè)面的封閉蓋(3)的空心圓柱體的殼體(31),第 二熔化元件作為帶、金屬絲或者以空心圓柱體形狀(30)從蓋引導(dǎo)至蓋。
13. 按權(quán)利要求12所述的保護(hù)裝置，其特征在于金屬絲式的或者 空心圓柱體式的熔化元件(30)通過力鎖合和/或形鎖合與蓋(3)連接。
14. 按權(quán)利要求12或13所述的保護(hù)裝置，其特征在于第二熔化 元件的空心圓柱體具有窄部和/或變細(xì)部。
15. 按權(quán)利要求12至14任一項(xiàng)所述的保護(hù)裝置，其特征在于殼 體(31)包含填充物(33 )。
16. 按權(quán)利要求15所述的保護(hù)裝置，其特征在于填充物(33)由 可高度壓縮的松散材料構(gòu)成。
17. 按權(quán)利要求15所述的保護(hù)裝置，其特征在于填充物(33)包 含可壓縮的材料。
18. 按權(quán)利要求12所述的保護(hù)裝置，其特征在于帶構(gòu)成為具有寬 與高之比小于4: l的比例的扁線。
19. 按權(quán)利要求12至18任一項(xiàng)所述的保護(hù)裝置，其特征在于第 二熔化元件由在殼體(31)內(nèi)的導(dǎo)向筋保持。
20. 按上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的保護(hù)裝置，其特征在于設(shè)置一個(gè)共同的包圍功能單元的外部殼體。
21.按權(quán)利要求l所述的保護(hù)裝置，其特征在于每個(gè)殼體(7、 31) 由一個(gè)單獨(dú)的彈性的外套(4)包圍或者兩個(gè)殼體由一個(gè)共同的彈性的外 套(4)包圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在過電壓保護(hù)器具中使用的過電流保護(hù)裝置，包括優(yōu)選構(gòu)成為撞針的附加的機(jī)械的觸發(fā)器。按本發(fā)明一個(gè)第一功能單元包含機(jī)械的觸發(fā)器并且具有一個(gè)第一熔化元件。一個(gè)第二功能單元構(gòu)成過載保護(hù)并且具有一個(gè)第二熔化元件。每個(gè)功能單元設(shè)置在一個(gè)殼體內(nèi)，其中在相應(yīng)的殼體上存在側(cè)面的對(duì)置的封閉蓋并且熔絲或者熔化元件分別位于殼體內(nèi)部并且電連接到封閉蓋上，第一和第二功能單元電并聯(lián)并且所述并聯(lián)與過電壓保護(hù)器具串聯(lián)并且功能單元構(gòu)成一個(gè)共同的機(jī)械的組合體，其中每個(gè)殼體由分開的電的外套或者兩個(gè)殼體由共同的彈性的外套或者一個(gè)另外的但是彈性的殼體包圍。
文檔編號(hào)H02H9/04GK101461113SQ200780020726
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
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