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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberEP0026861 A1
Publication typeApplication
Application numberEP19800105594
Publication date15 Apr 1981
Filing date18 Sep 1980
Priority date3 Oct 1979
Publication number1980105594, 80105594, 80105594.8, EP 0026861 A1, EP 0026861A1, EP-A1-0026861, EP0026861 A1, EP0026861A1, EP19800105594, EP80105594
InventorsWalter Alex Bosshard, Walter Bosshard, Bernd Volle, Jörg Zollinger
ApplicantCerberus Ag
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: Espacenet, EP Register
Arrangement for protection against overvoltage
EP 0026861 A1
Abstract
In an arrangement for protection against overvoltage for electrical equipment, an overvoltage suppressor (1,11,21,31) is combined with an element of a shape-memorising alloy (7,17,24,25,34,35) which has the property, after cold deformation, of returning to its original shape once a specific, critical temperature has been exceeded and of maintaining this memorised shape even after subsequent cooling, at least within a certain temperature range. The arrangement is implemented such that the shape memorising alloy creates a short-circuit of the electrodes of the overvoltage suppressor when the critical temperature is exceeded and thus represents additional temperature protection. The resetting can be implemented either mechanically, manually, or in the case of shape-memorising alloys which operate on the hysteresis principle, by re-cooling. The arrangement is reversible, operates with a minimum of contacts and parts subject to wear, and is reliable over lengthy time periods. <IMAGE>
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Claims(8)  translated from German
1. Anordnung zum Ueberspannungsschutz elektrischer Einrichtungen mit einer parallel zur geschützten Einrichtung geschalteten Spannungsbegrenzungsstrecke, welche bei Ueberschreitung einer kritischen Spannung die an der Einrichtung liegende Spannung auf einen unschädlichen Wert herabsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element (7, 17, 24, 25, 34, 35) aus einer Formgedächtnislegierung mit einer bestimmten kritischen Temperatur vorgesehen ist, welches bei Ueberschreitung dieser kritischen Temperatur einen die Spannungsbegrenzungsstrecke (1, 11, 21, 31) überbrückenden Kontakt schliesst. 1. An arrangement for overvoltage protection of electrical equipment with a parallel to the protected device voltage limiting distance that the voltage applied to the device reduces on exceeding a critical voltage to a harmless value, characterized in that an element (7, 17, 24, 25, 34 , 35) of a shape memory alloy with a certain critical temperature, which has a voltage limiting section (1, 11, 21, 31) bridging contact closes on exceeding this critical temperature.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (7) aus einer Formgedächtnislegierung zwischen einer Elektrode (8) eines Ueberspannungsableiters (1) und einem federnden Element (2) einer Ueberspannungsableiter-Halterung so angebracht ist, dass es im kaltverformten Zustand zwei mit Elementen (2, 3) der Halterung verbundene Kontakte (4, 5) auseinanderdrückt, bei Erreichen seiner kritischen Temperatur jedoch seine Form so verändert, dass die Kontakte (4, 5) einen Kurzschluss bilden. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the element (7) made of a shape memory alloy between an electrode (8) of a surge arrester (1) and a resilient element (2) is of a surge arrester holder mounted so that it in the cold deformed condition two connected with elements (2, 3) of the holder contacts (4, 5) apart suppressed, but changes upon reaching its critical temperature its shape so that the contacts (4, 5) form a short circuit.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (17) aus einer Formgedächtnislegierung aus einem Teil einer Ueberspannungsableiter-Halterung (12, 13) besteht und so ausgebildet ist, dass es nach Ueberschreitung seiner kritischen Temperatur zwei Kontakte (14, 15), die mit entgegengesetzten Polen der Halterung (12, 13) verbunden sind, kurzschliesst, bei Kaltverformung diese Kontakte (14, 15) jedoch öffnet. 3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the element (17) of a shape memory alloy of a part of a surge arrester holder (12, 13) and is designed such that it by overstepping its critical temperature two contacts (14, 15 ), which are connected to opposite poles of the holder (12, 13) short-circuits, wherein cold working these contacts (14, 15), however, opens.
4. Anordnung nach Anspruch 1 mit einem Ueberspannungsableiter (21, 31), bei dem wenigstens eine Elektrode (22, 23, 32) mit einem Element (24, 25, 34) aus einer Formgedächtnislegierung verbunden ist, welches so ausgebildet und angeordnet ist, dass es bei Ueberschreitung seiner kritischen Temperatur einen mit der anderen Elektrode (23, 33) verbundenen Gegenkontakt (25, 35) kurzschliesst, bei Rückverformung jedoch öffnet. 4. An arrangement according to claim 1 comprising a surge arrester (21, 31), wherein at least one electrode (22, 23, 32) with an element (24, 25, 34) of a shape memory alloy, which is so constructed and arranged, that on exceeding its critical temperature one to the other electrode (23, 33) associated counter contact (25, 35) short-circuits in rebound but opens.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Element aus einer Formgedächtnislegierung Nickel/Titan als Grundmaterialien enthält. 5. An arrangement according to any one of claims 1-4, characterized in that the element made of a shape memory alloy of nickel / titanium contains as base materials.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnislegierung wenigstens einen aus der Gruppe der Elemente Kupfer, Aluminium, Silizium, Eisen, Kobalt, Mangan und Valadium ausgewählten Zusatz enthält. 6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the shape memory alloy contains at least one selected from the group consisting of the elements copper, aluminum, silicon, iron, cobalt, manganese and Valadium additive.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche l - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnislegierung so zusammengesetzt ist, dass sie nach dem Einwegprinzip arbeitet und so angeordnet ist, dass sie nach der Kurzschlussbildung und nachfolgender Abkühlung unter die kritische Temperatur mechanisch verformt werden kann, wobei der Kurzschluss beseitigt wird. 7. An arrangement according to any one of claims l - 4, characterized in that the shape memory alloy is composed such that it operates according to the one-way principle and is arranged so that it can be mechanically deformed after the shorting and subsequent cooling below the critical temperature, the short circuit is eliminated.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnislegierung so gewählt ist, dass sie nach dem Zweiwegprinzip arbeitet, wobei die Rückkehr in die eingeprägte Lage unter Kurzschlussbildung bei Ueberschreitung der kritischen Temperatur stattfindet und eine Rückverformung unter Oeffnung des Kurzschlusses bei der Abkühlung unter eine tiefer liegende untere Schwellentemperatur. 8. An arrangement according to one of claims 1-4, characterized in that the shape memory alloy is selected such that it operates according to the way principle, the return to the embossed layer at shorting takes place on exceeding the critical temperature and a rebound at opening of the short circuit during the cooling under an underlying lower threshold temperature.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ueberspannungsschutz elektrischer Einrichtungen mit einer parallel zur geschützten Einrichtung geschalteten Spannungsbegrenzungsstrecke, welche bei Ueberschreitung einer kritischen Spannung die an der Einrichtung liegende Spannung auf einen unschädlichen Wert herabsetzt. The invention relates to an arrangement for overvoltage protection of electrical equipment with a parallel to the protected device voltage limiting distance, showing the lying on the device voltage to a harmless value reduces on exceeding a critical voltage.
  • [0002] [0002]
    Solche Ueberspannungs-Schutzanordnungen enthalten beispielsweise bekannte,gasgefüllte Ueberspannungsableiter, bei denen eine Gasentladungsstrecke zwischen zwei Elektroden zur Spannungsbegrenzung dient. Such Overvoltage protection arrangements include, for example, well-known, gas-filled surge arrester, in which a gas discharge path between two electrodes used for voltage limitation. Bei Ueberschreitung der Zündspannung bildet sich eine Gasentladung aus, wodurch die an der geschützten Einrichtung liegenden Spannung auf die Brennspannung der Gasentladung herabgesetzt oder bei weiter ansteigendem Strom ein Kurzschluss erzeugt wird. In transgression of the ignition voltage, a gas discharge is formed, whereby the voltage applied to the protected device is reduced to the operating voltage of the gas discharge or further increasing current, a short circuit is generated. Das gleiche Ziel kann auch mit anderen bekannten Ueberspannungsableitern erreicht werden, zB mit Varistoren, dh mit Widerständen mit sehr hohem negativem Spannungsexponenten des Widerstandes. The same objective can also be achieved with other known surge arresters, for example, varistors, ie with resistors with very high negative stress exponent of the resistance.
  • [0003] [0003]
    Bei der praktischen Verwendung zum Ueberspannungsschutz, beispielsweise in der Nachrichtentechnik oder Telefonie, sind solche Ueberspannungsableiter häufig einer gewissen Eigenerwärmung ausgesetzt. In practical use for overvoltage protection, for example, in telecommunications or telephony, such surge arresters are frequently exposed to a certain self-heating. Eine solche Erwärmung kann die Schutzwirkung des Ableiters oder dessen Halterungen in Frage stellen oder gar eine Zerstörung des Ableiters oder des zugehörigen Halters zur Folge haben. Such heating, the protective effect of the arrester or its holders into question or have even destruction of the arrester or the associated holder result.
  • [0004] [0004]
    Es sind daher Ueberspannungsableiter-Anordnungen bekannt geworden, welche Schmelzlotsicherungen enthalten. There are therefore surge arrester assemblies known containing Schmelzlotsicherungen. Diese weisen eine Lotperle mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 50 - 150°C auf, die in wärmeleitendem Kontakt mit einer Ableiterelektrode oder einem Halterteil stehen. These have a solder ball having a melting point in the range of 50 - 150 ° C, which are in thermal contact with a collector electrode or a holder part. Bei Erreichung der Schmelztemperatur schmilzt die Lotperle und durch Federdruckwirkung der Halterteile wird ein Kurzschluss gebildet. Upon reaching the melting temperature melts the solder ball and by spring pressure effect of the holder parts, a short circuit is formed.
  • [0005] [0005]
    Nachteilig bei solchen vorbekannten Anordnungen ist, dass dieser Kurzschluss irreversibel ist. A disadvantage of such known arrangements that this short circuit is irreversible. Weiterhin führt das Schmelzen der Lotperle zu einer Verunreinigung der Umgebung, was in der Regel den Halter funktionsunfähig macht. Furthermore, the melting of the solder ball leads to contamination of the environment, making inoperable the holders generally. Aus beiden Gründen müssen Halter und Ueberspannungsableiter ausgetauscht werden. For both reasons, Holder and surge arresters have to be replaced. Weiter besteht die Gefahr von Kurzschlüssen in Anlageteilen durch geschmolzenes Lot. Next there is a risk of short circuits in system components by molten solder. Eine Lotperle ist darüber hinaus lageabhängig, dh die Anordnung kann nicht beliebig orientiert werden, so dass die Installationsmöglichkeiten stark eingeschränkt sind. A solder ball is moreover position-dependent, ie, the arrangement can not be oriented in any direction, so that the installation options are severely limited. Da zudem eine Federkraft erforderlich ist, wird fast immer ein Zwischenstück zwischen Ableiter und Halter benötigt. In addition, since a spring force is required, an intermediate piece between the arrester and holder is almost always required. Somit muss der Ableitstrom nicht nur über den Ableiter und den Halter fliessen, sondern zusätzlich über das Zwischenstück, dh Lotperle. Thus, the leakage current must flow not only through the arrester and the holder, but also through the intermediary, ie solder ball. Dies bedeutet ausser einem zusätzlichen Spannungsabfall eine Herabsetzung der Zuverlässigkeit wegen des ungünstigen Korrosionsverhaltens der Uebergangskontakte und des bekannt schlechten Langzeitverhaltens von Lotlegierungen. except an additional voltage drop This means a reduction in the reliability due to the adverse corrosion behavior of the transition contacts and the known bad long-term behavior of solder alloys.
  • [0006] [0006]
    Um ein reversibles Verhalten zu erreichen,ist ohne Erfolg versucht worden, statt einer Lotperle ein Bimetall-Element zu verwenden, welches bei einer vorgegebenen Temperatur einen Kurzschluss verursacht. In order to achieve a reversible behavior is unsuccessful attempts have been made instead of a solder ball to use a bimetal element, which causes a short circuit at a predetermined temperature. Nachteilig hat sich dabei erwiesen, dass die Kurzschlussbildung mit einer minimalen Andruckkraft erfolgt. A disadvantage has been found to that the short-circuiting takes place with a minimum contact force. Die Kontakte verzundern daher, insbesondere bei langsamer oder schwankender Temperaturerhöhung, und es ist keine sichere Kontaktgabe gewährleistet. The contacts scaling therefore, especially at low or fluctuating temperature increase, and it is guaranteed no reliable contact.
  • [0007] [0007]
    Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die beschriebenen Nachteile vorbekannter Ueberspannungs-Schutzeinrichtungen zu beseitigen und insbesondere eine solche Anordnung zu schaffen, bei der bei einer vorgegebenen Temperatur sicher und zuverlässig und mit hinreichend grosser Kraft ein Kurzschlusskontakt geschlossen wird, ohne Beeinträchtigung der Umgebung, dh ohne Verschmutzung oder Zerstörung des Halters oder von Anlageteilen. The invention has as its object to eliminate the disadvantages of prior art Overvoltage protection devices described and in particular to provide such an arrangement in which at a given temperature safely and reliably and with sufficiently great force a short-circuit contact is made, without affecting the environment, ie without pollution or destruction of the holder or of plant parts. Eine solche Anordnung soll weiterhin lageunabhängig sein, mehrfach verwendet werden können, ohne die Notwendigkeit der Auswechslung von Teilen, dh sie soll ein reversibles Verhalten zeigen. Such an arrangement should continue to be independent of position, can be used repeatedly without the need to show the replacement of parts, ie it should reversible performance. Die Anordnung soll weiterhin langzeitstabil sein und auch über längere Zeiten eine geringere Korrosionsanfälligkeit zeigen als vorbekannte Anordnungen, ohne zusätzliche Uebergangswiderstände. The arrangement should continue to be long-term stability and also over longer periods is less susceptible to corrosion than prior art show arrangements without additional transition resistances.
  • [0008] [0008]
    Die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Element aus einer Formgedächtnislegierung mit einer bestimmten kritischen Temperatur, welches bei Ueberschreitung dieser kritischen Temperatur einen die Spannungsbegrenzungsstrecke überbrückenden Kontakt schliesst. The invention is characterized by an element of a shape memory alloy with a certain critical temperature, which has a voltage limiting distance bridging contact closes on exceeding this critical temperature.
  • [0009] [0009]
    Die Erfindung macht sich die Eigenschaften von sogenannten Formgedächtnislegierungen, die auch als"shape memory alloys" bekannt sind zu Nutze, da sie __ die bei der Herstellung bei erhöhter Temperatur gewählte geometrische Form speichern. The invention makes use of the properties of so-called shape memory alloys, which are also known as "shape memory alloys" advantage of, as they store the selected __ in the preparation at elevated temperature geometric shape. Nach Abkühlung des Elementes unter eine durch das Material gegebene kritische Temperatur kann nun das Element mechanisch verformt werden. After cooling of the element below a critical temperature through the material now, the element can be mechanically deformed. Wird die Temperatur wieder auf die kritsche Temperatur erhöht, so nimmt das Material wiederum die ursprüngliche Form an, unabhängig davon, in welcher Weise es vorher kalt-verformt worden war. If the temperature is raised again to the Critical temperature, the material will turn to their original shape, regardless of the manner in which it had been previously cold-deformed. Bis zu einer gewissen Verformung ist dabei die Formänderung vollständig frei wählbar und reversibel. Up to a certain deformation while the strain is completely arbitrary and reversible.
  • [0010] [0010]
    Solche Formgedächtnislegierungen sind beispielsweise beschrieben in den US-PS 3 174 851 und 3 403 238, den DE-PS 1 288 363 und 1 558 715 sowie der DE-AS 2 261 710. In der Regel handelt es sich dabei um Metalle, die eine Martensit-Umwandlung zeigen. Such shape memory alloys are described for example in U.S. Patents 3,174,851 and 3,403,238, German Patent 1,288,363 and 1,558,715 and DE-AS 2 261 710. As a rule, these are metals which a show martensite transformation. Als besonders geeignet haben sich Nickel/Titan-Legierungen erwiesen, auch unter der Bezeichnung Nitinol bekannt, die einen Masseanteil von etwa 55 % Ni und 45 % Ti enthalten. Particularly suitable nickel / titanium alloys have proven, also under the name Nitinol which comprise a mass fraction of about 55% Ni and 45% Ti. Ihre Eigenschaften konnten teil-weise durch Legierungszusätze von Cu, Al, Si, Fe, Co, Mn, V und anderen Elementen verbessert werden. Their properties were partially, be improved by alloying additions of Cu, Al, Si, Fe, Co, Mn, V and other elements. Durch die Art der Legierungszusammensetzung lässt sich dabei die kritische Temperatur des Elementes einstellen, sowie in gewissem Umfang die Steilheit des Ueberganges. By the nature of the alloy composition can be doing the critical temperature of the element to adjust, and to some extent the steepness of the transition.
  • [0011] [0011]
    Für die meisten Anwendungen zum Ueberspannungsschutz haben sich dabei Formgedächtnislegierungen, die nach den Einwegprinzip arbeiten, als praktisch erwiesen. For most applications, the overvoltage protection thereby have shape memory alloys, which operate on the principle way, proved to be practical. Dabei verformt sich das Element bei Erreichen der kritischen Temperatur wieder in die ursprüngliche Gestalt. In this case, the element upon reaching the critical temperature deformed back into its original shape. Diese Form bleibt erhalten und lässt sich dazu benützen, einen Kontakt mit einer verhältnismässig grossen Andruckkraft bei einer exakten, vorgegebenen Temperatur sicher zu schliessen. This form is preserved and can be use to close a contact with a relatively large contact pressure at an exact, prescribed temperature safely. Durch mechanische Rückverformung kann dieser Kurzschlusskontakt wieder aufgehoben werden. Due to mechanical rebound this shorting contact can be restored again. Dabei lassen sich im Prinzip durch die Legierungszusammensetzung kritische Temperaturen zwischen ca. -50°C und +150° erzielen und zulässige Formänderungen bis 8 %. It can in principle by the alloy composition critical temperatures between about -50 ° C and + 150 ° and achieve acceptable form changes to 8%. Entsprechende Formgedächtnislegierungen werden beispielsweise'hergestellt von: Titanium Metals Corporation of America (Toronto, Ohio), Battelle Memorial Institute (Columbus, Ohio) und F ried. Corresponding shape memory alloys are beispielsweise'hergestellt of: Titanium Metals Corporation of America (Toronto, Ohio), Battelle Memorial Institute (Columbus, Ohio) and F ried. Krup p GmbH (Essen), sowie der Firma BBC (Baden/Schweiz). Krup p GmbH (Essen), and the firm BBC (Baden / Switzerland).
  • [0012] [0012]
    Für spezielle Anwendungen haben sich jedoch auch Formgedächtnislegierungen, die nach dem Zweiwegprinzip arbeiten, als zweckmässig erwiesen. For special applications, however, also have shape memory alloys, which operate on the way principle, proved useful. Diese Legierungen haben die Eigenschaft, dass sie nach Kaltverformung bei einer Erwärmung auf die kritische Temperatur nicht vollständig in die Ausgangsform zurückkehren. These alloys have the property that it does not fully return to cold deformation when heated to the critical temperature to its original shape. Sinkt nun die Temperatur wieder, so ändert sich die Form bei Erreichen einer anderen unteren Schwelle wieder im Sinne einer Kaltverformung. Now when the temperature drops again, the shape will change upon reaching another lower threshold again in terms of cold forming. Ein solches Element kann also durch Abkühlung auf eine tiefer liegende Schwellentemperatur wieder zurückgestellt werden, nachdem es bei Erreichen der oberen kritischen Temperatur den Kurzschlusskontakt geschlossen hatte. Such an element can so by cooling to a deeper threshold temperature again be restored after it had closed the shorting contact when reaching the critical temperature. Ein solches hystereseartiges ' Verhalten kann zweckmässig sein, wenn eine automatische Oeffnung des Kurzschlusses nach einer eingetretenen Abkühung erwünscht ist. Such hystereseartiges' behavior may be useful when an automatic opening of the short circuit is desired by a occurred Abkühung. Wählt man die tiefer liegende Schwellentemperatur durch entsprechende Legierungszusätze so, dass diese unterhalb der Raumtemperatur liegt, so lässt sich der Kurzschluss öffnen, indem das Element aus einer Formgedächtnislegierung bis unter die Raumtemperatur abgekühlt wird. If you choose the threshold temperature deeper by appropriate alloying additions so that it is below room temperature, so you can open the short-circuit by the element of a shape memory alloy is cooled to below the ambient temperature. Dies kann beispielsweise durch ein Spraymittel erreicht werden, welches in die Ueberspannungsschutz-Anordnung eingesprüht wird und infolge der Verdunstungskälte eine Abkühlung unter die Raumtemperatur bewirkt. This can be achieved for example by a spray agent is sprayed into the overvoltage protection arrangement and causes cooling below room temperature due to evaporative cooling. Formgedächtnisliegierungen dieser Art mit Hystereseverhalten wurden beispielsweise von der AG Brown Boveri & Cie. Formgedächtnisliegierungen this type with hysteresis were for example by AG Brown Boveri & Cie. (Baden) entwickelt. (Baden) develops.
  • [0013] [0013]
    Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung, sowie weitere Ausgestaltungen und Vorteile derselben, beschrieben. By way of example illustrated in the figures, the invention, and additional embodiments and advantages thereof will be described.
    • Figur 1 zeigt ein erstes Beispiel einer Halterung mit einem Ueberspannungsableiter. Figure 1 shows a first example of a holder with a surge arrester.
    • Figur 2 zeigt ein weiteres Beispiel einer solchen Anordnung. Figure 2 shows another example of such an arrangement.
    • Figur 3 zeigt ein Beispiel eines Ueberspannungsableiters mit Temperaturkontakten. Figure 3 shows an example of a surge arrester with temperature contacts.
    • Figur 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines solchen Ueberspannungsableiters. Figure 4 shows another example of such a surge arrester.
  • [0014] [0014]
    Figur 1 zeigt eine Anordnung, bei welcher ein Ueberspannungsableiter 1, der in einem dazu passenden Halter eingesetzt ist. 1 shows an arrangement in which a surge arrester 1, which is inserted in a matching holder. Der Ueberspannungsableiter kann beispielsweise ein gasgefüllter Keramikableiter aus einer Cerberus-UC-Typenreihe bestehen. The surge arrester can consist, for example a gas-filled Keramikableiter from a Cerberus-UC series. Der Halter weist zwei Blattfedern 2 und 3 auf, welche mechanisch so vorgespannt sind, dass sie bestrebt sind, die beiden an ihren freien Enden befestigten Kontakte 4 und 5 zusammenzudrücken und somit einen Kurzschlusskontakt zu bilden. The holder has two leaf springs 2 and 3, which are mechanically biased so that they are eager to compress the two contacts 4 and 5 attached to their free ends, thus forming a short circuit contact.
  • [0015] [0015]
    Bei zwischen die Blattfedern 2 und 3 eingesetztem Ueberspannungsableiter 3 werden die Kontakte 4 und 5 jedoch auseinandergedrückt gehalten, so dass zwischen diesen eine Grobfunkenstrecke 6 entsteht, welche bei verschiedenen Verwendungen, zB in der Telefonie, ohnehin erforderlich oder erwünscht ist. In between the leaf springs 2 and 3 inserted overvoltage arrester 3, the contacts 4 and 5 are, however, held pressed apart, so that a coarse spark gap 6 is formed between them, which, in various uses, for example in telephony, anyway necessary or desired
  • [0016] [0016]
    Zwischen der oberen Elektrode 8 des Ueberspannungsableiters 1 und der oberen Blattfeder 2 ist ein Bügel oder eine Scheibe 7 aus einer geeigneten Formgedächtnislegierung angebracht. Between the upper electrode 8 of the surge arrester 1 and the upper leaf spring 2, a bracket or a plate 7 is attached from a suitable shape memory alloy. Die Legierung ist so ausgewählt, dass ihre kritische Temperatur derjenigen Temperatur entspricht, bei welcher sich die Kontakte 4 und 5 kurzschliessen sollen. The alloy is selected such that its critical temperature corresponds to the temperature at which the contacts are 4 and 5 short circuit. Wird diese kritische Temperatur erreicht, so verbiegt sich der Bügel 7 in einem engen Temperaturbereich, und die Blattfeder 2 entspannt sich, sodass zwischen den Kontakten 4 und 5 ein Kurzschluss entsteht. If this critical temperature is reached, then the bow 7 bend in a narrow temperature range, and the leaf spring 2 relaxes so that a short circuit between the contacts. 4 and 5 Die Anordnung kann wieder dadurch betriebsbereit gemacht werden, dass der Bügel 7 aus dem Halter herausgenommen und verbogen wird, sodass er beim Einsetzen die Blattfedern 2 und 3 und die Kontakte 4 und 5 wieder auseinanderdrückt. The arrangement can be thereby made ready for operation again, that the bracket 7 is taken out from the holder and bent so that it, the leaf springs 2 and 3 and the contacts 4 and 5 presses apart again during insertion. Die Grösse der Verformung ist dabei völlig unkritisch. The size of the deformation is completely uncritical. Gegebenenfalls ist lediglich noch der Ueberspannungsableiter 1 als einziges Verschleissteil auszutauschen. Optionally only is still the surge arrester 1 exchange is the only wearing part. Eine Beschädigung oder Verschmutzung der Umgebung ist dabei ausgeschlossen. Damage to or contamination of the environment is excluded. Die Anordnung hat im übrigen den Vorteil, dass die gleichen Halterungen und Ueberspannungsableiter benutzt werden können wie bei vorbekannten Anordnungen mit Lotperle. The arrangement has, moreover, the advantage that the same brackets and surge arresters can be used as in prior arrangements with solder ball. Im Gegensatz zu diesen letzteren ist die Anordnung mit Formgedächtnislegierung jedoch völlig lageunabhängig und weist zudem eine erheblich bessere Kontaktsicherheit und eine geringere Korrosionsanfälligkeit über längere Zeiträume auf. Unlike the latter, however, the arrangement with shape memory alloy is completely independent of position and also has a considerably better contact reliability and low susceptibility to corrosion for extended periods on.
  • [0017] [0017]
    Figur 2 zeigt eine Anordnung eines Ueberspannungsableiters 11 zwischen zwei leicht vorgespannten Blattfedern 12 und 13, welche an ihrem freien Vorderende wiederum Kurzschlusskontakte 14 und 15 tragen. Figure 2 shows an arrangement of a surge arrester 11 between two slightly biased leaf springs 12 and 13, carrying at its free front end turn short-circuit contacts. 14 and 15 In diesem Beispiel stehen die Elektroden 18 und 19 des Ueberspannungsableiters 11 beide in direktem Kontakt mit den Blattfedern 12 und 13. In this example the electrodes 18 and 19 of the surge arrester are both 11. In direct contact with the leaf springs 12 and 13
  • [0018] [0018]
    Das vordere Ende 17 der einen Blattfeder 12 ist nun aus einer geeigneten Formgedächtnislegierung ausgeführt, beispielsweise aus einer Nickel/Titan-Legierung mit einer geringfügigen Menge anderer Legierungszusätze, welche so gewählt werden, dass die gewünschte kritische Temperatur, bei welcher ein Kurzschluss entstehen soll, beispielsweise 70 0 C erreicht wird. The front end 17 of a leaf spring 12 is now made of a suitable shape memory alloy such as a nickel / titanium alloy with a minor amount of other alloying additions, which are selected such that the desired critical temperature at which a short-circuit to be built, for example, 70 0 C is reached. Dieses vordere Ende 17 ist nun bei der Herstellung so formiert, dass es derart verbogen ist, dass die beiden Kontakte 14 und 15 auch bei eingesetztem Ueberspannungsableiter 11 geschlossen sind. This front end 17 is now formed as in the preparation that it is bent such that the two contacts 14 and 15 are closed when the inserted overvoltage arrester eleventh Nach Einsetzen des Ueberspannungsableiters wird das vordere Ende 17 soweit zurückgebogen, dass die Kontakte 14 und 15 geöffnet sind und sich die Anordnung im Ueberwachungszustand befindet. After inserting the surge arrester, the front end 17 is bent back as far that the contacts 14 and 15 are opened and the assembly is in Ueberwachungszustand. Steigt nun die Temperatur in der Halterung über die kritische Temperatur der Formgedächtnislegierung des vorderen Endes 17 an, so kehrt dieses Ende in seine ursprüngliche Form zurück und die Kontakte 14 und 15 schliessen sich und bilden einen Kurzschluss. Now, if the temperature in the bracket above the critical temperature of the shape memory alloy of the front end 17, so that end returns to its original shape and the contacts 14 and 15 close and form a short circuit. Nach Aufhören der Störung kann das Ende 17 wieder zurückgebogen und der Kurzschluss damit beseitigt werden. After cessation of the fault, the end 17 can bent back and the short circuit will be eliminated. Bei den üblichen Formgedächtnislegierungen ist dabei eine mehrhundertfache Wiederholung möglich ohne Beeinträchtigung der Funktion. In the conventional shape memory alloys while a more hundredfold repetition is possible without impairing the function. Vorteilhaft ist dabei, dass in diesem Beispiel die Zahl der Kontakte auf ein Minimum beschränkt ist und die Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft auf einfachst mögliche Weise erfolgen kann. It is advantageous that in this example the number of contacts is limited to a minimum and can be carried out to restore the operational readiness on complex way.
  • [0019] [0019]
    In Figur 3 ist ein Ueberspannungsableiter 21 dargestellt, auf dessen Elektroden 22 und 23 blattförmige Teile 24 und 25 aus einer Formgedächtnislegierung aufgesetzt sind. In Figure 3, a surge arrester 21 is illustrated, on the electrodes 22 and 23 are sheet-like members 24 and 25 placed from a shape memory alloy. Die vorderen Enden 26 und 27 dieser beiden Teile 24 und 25 sind in Richtung der Mitte des Ueberspannungsableiters 21 umgebogen und zwar so, dass sie ein wenig übereinandergreifen. The front ends 26 and 27 of these two parts 24 and 25 are bent toward the center of the surge arrester 21 and in such a way that they are overlapped a little.
  • [0020] [0020]
    In diesem Fall sind die blattförmigen Teile 24 und 25 aus einer Formgedächtnislegierung mit Zweiwegeffekt oder mit Hysteresewirkung ausgeführt. In this case, the sheet-like members 24 and 25 are made of a shape memory alloy with two-way effect or with hysteresis. Dabei wird die Verformung so gewählt, dass die vorderen Enden sich bei der oberen oder kritischen Temperatur berühren, also die Elektroden kurzschliessen, während sie bei der unteren Schwellentemperatur voneinander entfernt sind, also keinen Kontakt miteinander bilden. The deformation is chosen so that the front ends touch at the top or critical temperature, thus short-circuit the electrodes while they are away at the lower threshold temperature of each other, so make no contact with each other. Die Bewegungsrichtung der beiden Elemente ist dabei zweckmässigerweise gegenläufig. The direction of movement of the two elements is expediently in opposite directions.
  • [0021] [0021]
    Für viele Verwendungszwecke ist es dabei zweckmässig, dass die untere Schwellentemperatur der Formgedächtnislegierung so gewählt wird, dass sie oberhalb der normalen Raumtemperatur oder der Betriebstemperatur liegt. For many uses, it is expedient that the lower threshold temperature of the shape memory alloy is selected such that it lies above the normal room temperature or the operating temperature. Dies ist besonders dann zweckmässig, wenn der Ueberspannungsableiter nach dem Zünden, verursacht durch einen Spannungsstoss gezündet bleibt, wobei die Brennspannung der Gasentladung unterhalb der normalen Betriebsspannung der Anlage liegt. This is particularly expedient if the surge arrester is ignited after the ignition caused by a surge, the burning voltage of the gas discharge is below the normal operating voltage of the system. Durch die allmähliche Temperaturerhöhung schaltet das Element aus einer Formgedächtnislegierung nach einer gewissen Zeit, der Ableiter löscht und nach Abkühlung unter die untere Schwellentemperatur wird der ursprüngliche Ueberwachungszustand sofort ohne Eingreifen des Bedienungspersonals erreicht. The gradual increase in temperature on the element of a shape memory alloy, after a certain time, deletes the arrester and, after cooling to below the lower threshold temperature of the original Ueberwachungszustand is achieved immediately without operator intervention. Eine solche Anordnung ist also weitgehend bedienungsfrei. Such an arrangement is therefore largely unattended free.
  • [0022] [0022]
    Figur 4 zeigt einen ähnlichen Ueberspannungsableiter 31 mit zwei Elektroden 32 und 33, auf welche einerseits ein Element 34 aus einer Formgedächtnislegierung, dessen Vorderseite 36 ebenfalls zur Mitte zurückgebogen ist, und auf der anderen Seite einen festen, ebenfalls zurückgebogenen Kontakt 35 aufgesetzt ist. Figure 4 shows a similar surge arrester 31 with two electrodes 32 and 33, on the one hand, an element 34 made of a shape memory alloy, whose front 36 is also bent back to the middle, and on the other hand a firm, also bent back contact is placed 35th Das Element 34 ist nun so formiert, dass bei Ueberschreitung seiner kritischen Temperatur das vordere Ende 36 mit dem umgebogenen Ende des festen Kontaktstückes 35 einen Kurzschluss bildet. The element 34 is now so formed that the front end 36 forms on exceeding its critical temperature with the bent end of the fixed contact piece 35 a short circuit. Bei Ausbildung des Elementes 34 aus einer Formgedächtnislegierung, die nach dem Einwegprinzip arbeitet, kann die Rückstellung nach Ansprechen bei erhöhter Temperatur durch einfaches Drücken auf das freie Ende 36 erfolgen. When forming the element 34 of a shape memory alloy, which operates on the principle way, the provision on the response at elevated temperature by simply pressing on the free end 36 can be carried out. Andererseits kann das Element 34 auch aus einer Formgedächtnislegierung ausgebildet sein, die nach dem Zweiwegprinzip arbeitet, wobei die untere Schwellentemperatur unterhalb der Raumtemperatur liegen kann. On the other hand, the element 34 may be also formed from a shape memory alloy which operates according to the way principle, the lower threshold temperature may be below room temperature. Eine Rückstellung eines solchen Elementes nach dem Ansprechen kann beispielsweise durch Einsprühen eines schnellverdampfenden Spraymittels erfolgen. A provision of such an element after the response can be done for example by spraying a schnellverdampfenden spray agent. Durch die Verdunstungskälte wird dabei das Element 34 bzw. dessen Vorderende 36 soweit abgekühlt, dass der Kurzschluss geöffnet wird. By evaporative cooling member 34 and the front end 36 is thereby cooled to the extent that the short circuit is opened. Eine Rückstellung kann also hierbei ohne mechanische Einwirkung erfolgen. A provision may therefore take place here without any mechanical device.
  • [0023] [0023]
    Es sei bemerkt, dass sich die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ueberspannungsableiter in normale handelsübliche Fassungen einsetzen lassen, wobei die Vorteile solcher Fassungen bezüglich Kontaktsicherheit und Langzeitstabilität erhalten bleiben, trotzdem jedoch ein sicherer Ueberspannungsschutz gewährleistet ist, welcher reversibel und verschleissfrei ist. It should be noted that the surge arrester shown in Figures 3 and 4 can be employed in normal commercial versions, while maintaining the advantages of such versions received regarding contact reliability and long-term stability, but still a safe overvoltage protection is ensured, which is reversible and wear.
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Classifications
International ClassificationH02H9/06, H01T1/14
Cooperative ClassificationH01T1/14
European ClassificationH01T1/14
Legal Events
DateCodeEventDescription
15 Apr 1981AKDesignated contracting states:
Designated state(s): AT BE DE FR GB IT NL SE
15 Apr 198117PRequest for examination filed
Effective date: 19810130
13 Apr 198318RRefused
Effective date: 19821021
8 Aug 2007RIN1Inventor (correction)
Inventor name: BOSSHARD, WALTER
Inventor name: BOSSHARD, WALTER ALEX
Inventor name: VOLLE, BERND
Inventor name: ZOLLINGER, JOERG