專利名稱：自動解除的過壓放電裝置及這種過壓放電裝置的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。它涉及如權(quán)利要求1的前序部分所述的一種自動解除的過壓放電裝置以及這種過壓放電裝置的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在電氣和電子電路中或者在與諸如無線電天線這樣的曝露在外面的裝置相連接的電線上可能由于雷電或其它瞬時(shí)現(xiàn)象而出現(xiàn)危險(xiǎn)的電壓峰值，它可能導(dǎo)致電氣裝置的持久損傷或?qū)е抡w故障。為了使這種電壓峰值不產(chǎn)生損害，長期以來在被保護(hù)裝置的適當(dāng)位置上安裝不同結(jié)構(gòu)和工作方式的過壓放電器，它們在正常狀態(tài)下不導(dǎo)通，然而在出現(xiàn)危險(xiǎn)的過壓時(shí)導(dǎo)通并均衡掉出現(xiàn)的電位差。
過壓放電器的一種可能的形式是與電壓有關(guān)的電阻，例如金屬氧化物變阻器(MOV)，它被連接在兩個(gè)導(dǎo)體之間，在這兩個(gè)導(dǎo)體之間可能出現(xiàn)危險(xiǎn)的過壓峰值。在正常工作電壓下變阻器的電阻很大，使得在這兩個(gè)導(dǎo)體間只有很小的漏電流流過。在高電壓峰值下變阻器的電阻極劇減小，從而可以流過所希望的均衡電流。然而變阻器存在以下問題如果在其中由于內(nèi)部的變化而在正常條件下已經(jīng)流過強(qiáng)烈增大的漏電流，此電流加載到被保護(hù)電路中并且會導(dǎo)致其工作方式的改變。因此已經(jīng)建議與一個(gè)變阻器串聯(lián)一個(gè)可以熱激活的開關(guān)裝置，在大的漏電流條件下變阻器的熱量切斷流經(jīng)變阻器的電流，并且還在形成的連接中插入一個(gè)火花間隙作為附加的過壓保護(hù)(US-A-4288833)?？梢詿峒せ畹拈_關(guān)裝置由一個(gè)彈性的開關(guān)臂實(shí)現(xiàn)，它在機(jī)械應(yīng)力下被焊接到變阻器的一端上，形成與變阻器的電氣連接。若由于過大的漏電流使變阻器過熱，則焊點(diǎn)連接的焊點(diǎn)熔化，并且電氣開關(guān)臂由于其應(yīng)力離開變阻器，從而切斷流經(jīng)變阻器的電流。隨著開關(guān)臂的離開，一個(gè)火花間隙起作用，它被形成在變阻器與離開的開關(guān)臂或有意設(shè)置的導(dǎo)體尖端之間。這種過壓放電裝置的缺點(diǎn)在于，在開關(guān)裝置熔斷時(shí)裝置發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化。同樣DE-A1-19731312公開的具有外部短路裝置的過壓放電器的切換過程也是不可逆轉(zhuǎn)的。在過壓放電器過度升溫的情況下兩個(gè)絕緣的間隔保持器熔化，使得一個(gè)在彈性應(yīng)力下站立的短路環(huán)箍短接過壓放電器的兩個(gè)或三個(gè)連接觸點(diǎn)，并從而可以通過過壓放電器承接電流。
另一類過壓放電器是氣體艙放電器，其中在過壓情況下具有兩個(gè)或三個(gè)電極的密閉充氣艙中的氣體放電被點(diǎn)火。這種放電器的問題在于，被點(diǎn)火一次的氣體放電維持相對低的點(diǎn)燃電壓。如果在安裝于電路或連線中的氣體艙放電器上在正常工作時(shí)例如加有一個(gè)用于剝?nèi)プo(hù)皮的電子元件的供電電壓，它大于或等于點(diǎn)燃電壓，或者具有很高的高頻功率，在出現(xiàn)一個(gè)點(diǎn)火過壓之后氣體放電繼續(xù)被點(diǎn)燃并且加載此電路或連線。在氣體艙放電器情況下也已建議附加不可逆的開關(guān)裝置，它們對放電器中出現(xiàn)的過熱做出反應(yīng)，然后持續(xù)切斷至放電器的電流(US-A-4051546)或通過一個(gè)旁路使放電器持續(xù)短路(US-A-3755715或US-A-4132915)。這些熱激活的開關(guān)裝置可以集成在過壓放電器中(見上列文獻(xiàn))，但是它們也可以獨(dú)立構(gòu)成，并且從外部與過壓放電器熱耦合(US-A-4275432)。也已公開了與用于同軸導(dǎo)線中的氣體艙放電器有關(guān)的熱激活的不可逆短路裝置(US-A-5724220，圖24和圖25)。
US-A-4068277公開了一種用于切斷流過氣體艙放電器的放電電流的可逆的開關(guān)裝置。其中具有一個(gè)獨(dú)立的、配置有一個(gè)雙金屬元件的熱工作的繼電器，其熱元件與放電器串聯(lián)連接。一旦放電器中點(diǎn)燃的放電已維持一個(gè)確定的時(shí)間，繼電器做出動作，并切斷流過放電器和導(dǎo)線的電流。如果繼電器在例如20-30秒的較長時(shí)間后重又充分地冷卻，則它重又自動接通流過放電器和導(dǎo)線的電流，從而再次形成初始狀態(tài)。這種方案的缺點(diǎn)在于，由于采用獨(dú)立的繼電器，而不可能有緊湊且節(jié)省空間的結(jié)構(gòu)。此外這種切斷導(dǎo)線的方式不適用于以下的應(yīng)用情況，在這些應(yīng)用中對于其它電路部件的供電通過此導(dǎo)線引入。
對過壓放電裝置有特殊的要求，它必須能集成在高頻同軸導(dǎo)體裝置中，并且從而不僅要適用于最高的頻率，而且還應(yīng)該是結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，無需經(jīng)常維護(hù)且十分可靠。
具有集成的過壓放電裝置但沒有附加的開關(guān)裝置的同軸導(dǎo)體裝置已由本申請人的CH-A5-660261或EP-A1-0855756或EP-A1-0938166公開。為了在這種過壓放電裝置處于故障狀態(tài)下時(shí)和在加有直流電壓或高頻信號時(shí)，此氣體艙放電器可以可靠地回到非導(dǎo)通狀態(tài)，在本申請人的WO-A1-2004/032276中建議附加一個(gè)開關(guān)裝置，它包括一個(gè)電感、一個(gè)以電磁方式工作的切斷開關(guān)和一個(gè)二極管。此開關(guān)裝置與一個(gè)由兩個(gè)同樣的氣體艙放電器構(gòu)成的串聯(lián)電路一起工作。此裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理可由上述文件獲得。
WO-A1-2004/032276所公開的開關(guān)裝置可靠地保護(hù)了氣體艙放電器，使其不持續(xù)加載，并且開關(guān)裝置在氣體放電觸發(fā)后自動重又接入到氣體艙放電器中。此開關(guān)裝置已經(jīng)受到實(shí)踐的考驗(yàn)，并且可以集成到同軸導(dǎo)體裝置中，如果同軸導(dǎo)體裝置從一開始就在結(jié)構(gòu)上為此而設(shè)計(jì)的話。
然而存在以下的愿望具有這樣的自動解除過壓放電裝置，它首先是寬帶的、結(jié)構(gòu)簡單的和可廉價(jià)生產(chǎn)的，但是也可以后續(xù)裝配到現(xiàn)有的具有集成過壓放電器—如在CH-A5-660261中所述的-的同軸導(dǎo)體裝置中，而不必對同軸線本身作結(jié)構(gòu)上的改變。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于提供一種自動解除的、寬帶和成本低廉的過壓放電裝置，其結(jié)構(gòu)簡單而可靠，具有很高的工作可靠性，可大大節(jié)省空間地構(gòu)造，并且特別是可以后續(xù)裝配到現(xiàn)有同軸線應(yīng)用中而不改變其結(jié)構(gòu)。
上述任務(wù)由權(quán)利要求1所述特征的結(jié)合來完成。本發(fā)明的核心在于，設(shè)置了一個(gè)開關(guān)機(jī)構(gòu)，它在電流流過過壓放電器時(shí)可逆地對過壓放電器中由電流產(chǎn)生的熱量做出反應(yīng)，并切斷流過過壓放電器的電流，而且接著自動返回到其初始狀態(tài)。在最簡單的情況下這可以用一個(gè)純電學(xué)的裝置實(shí)現(xiàn)，例如一個(gè)具有正溫系數(shù)(PTC)或具有負(fù)溫系數(shù)(NTC)的電阻，它探測過壓放電器的溫度，并通過其電阻變化切斷氣體放電。
開關(guān)機(jī)構(gòu)最好包括開關(guān)裝置和與過壓放電器熱耦合的操作裝置，它用于驅(qū)動開關(guān)裝置，不同于現(xiàn)有技術(shù)中的熔化焊點(diǎn)連接，操作裝置可逆地對在過壓放電器中由電流產(chǎn)生的熱量做出反應(yīng)。通過操作裝置與過壓放電器的直接熱耦合，兩者在結(jié)構(gòu)上可以結(jié)合為一體，從而形成非常緊湊的結(jié)構(gòu)。操作裝置對過壓放電器中所產(chǎn)生熱量做出的反應(yīng)保證了切斷具有一定的時(shí)延并且僅當(dāng)放電器真正處于持續(xù)加載時(shí)才發(fā)生。在切斷流過過壓放電器的電流之后放電器的升溫重又下降時(shí)，操作裝置自動返回到其初始狀態(tài)，從而在一定的延遲時(shí)間之后使過壓放電裝置重又投入使用。
例如記憶金屬或雙金屬可考慮作為操作裝置，它們基于溫度改變其外形，并且控制獨(dú)立的開關(guān)裝置，或者是開關(guān)裝置本身的一部分。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，操作裝置包括膨脹裝置，它借助于熱膨脹將過壓放電器中由電流所產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)換為開關(guān)動作。熱膨脹是一個(gè)特別簡單、有效、工作可靠且可再現(xiàn)的產(chǎn)生開關(guān)動作的機(jī)制，借助于這種開關(guān)動作可以切斷流過放電器的電流。如果接著過壓放電器重又冷卻了，已膨脹的裝置收縮，回到初始狀態(tài)。
原則上可以利用氣體的、液體的或固體的熱膨脹。在簡單性和可靠性方面特別有利的是按照一個(gè)具有優(yōu)點(diǎn)的方案，膨脹裝置包括一個(gè)由固體材料構(gòu)成的膨脹體，其在第一個(gè)軸上的熱膨脹被用于開關(guān)動作。這樣提供了一個(gè)線性開關(guān)動作，它可以特別簡單地與相應(yīng)的開關(guān)裝置相結(jié)合。特別是在這里膨脹體在第一個(gè)軸上的熱膨脹可以通過膨脹體的適當(dāng)成型或通過膨脹體的各向異性材料性能而增強(qiáng)。一個(gè)適當(dāng)成型的例子是類似(在逆轉(zhuǎn)方向上作用的)曲桿方式的折彎形狀。
膨脹體最好由一個(gè)熱穩(wěn)定的橡膠彈性材料構(gòu)成，尤其是由硅橡膠或氟合成橡膠構(gòu)成，并且膨脹體一方面被限制了徑向上的膨脹并從而增強(qiáng)了軸向膨脹的限制元件所包圍。相對于第一個(gè)軸而言在徑向上的熱膨脹被限制元件所限制，并且基于膨脹體的“準(zhǔn)流體靜力學(xué)”性能，在第一個(gè)軸的方向上的膨脹明顯增強(qiáng)。
按照一種改進(jìn)，膨脹體具有一個(gè)相對于第一個(gè)軸的軸向圓盤的形狀，并且具有一個(gè)空心圓柱體的、同軸的、電絕緣和熱隔離的絕緣軸套，特別是它由聚四氟乙烯構(gòu)成，這樣可以避免被側(cè)面邊界封閉在膨脹體中的熱量的不希望有的影響。
流過過壓放電器的電流原理上可以通過斷開一個(gè)串聯(lián)設(shè)置的開關(guān)或通過接通一個(gè)并聯(lián)設(shè)置的開關(guān)而被切斷。如果開關(guān)裝置包括一個(gè)開關(guān)，此開關(guān)與過壓放電器串聯(lián)連接且在初始狀態(tài)下是接通的，而且當(dāng)操作裝置對過壓放電器中由電流所產(chǎn)生的熱量做出反應(yīng)時(shí)此開關(guān)被斷開，則過壓放電裝置在結(jié)構(gòu)上是特別簡單和緊湊的。然而在本發(fā)明范圍內(nèi)也可考慮以下的結(jié)構(gòu)即開關(guān)裝置具有一個(gè)開關(guān)，此開關(guān)與過壓放電器并聯(lián)連接且在初始狀態(tài)下是斷開的，而且當(dāng)操作裝置對過壓放電器中由電流所產(chǎn)生的熱量做出反應(yīng)時(shí)此開關(guān)被接通。
開關(guān)最好包括兩個(gè)金屬的接觸元件，它們被一個(gè)彈簧件相對擠壓，并且相對于彈簧件的壓力可相互分開，其中一個(gè)接觸元件與過壓放電裝置相連接，特別是焊接，其中操作裝置或膨脹裝置被設(shè)置在這兩個(gè)接觸元件之間。為了避免燒損，接觸元件被表面精加工，特別是鍍銀。
如下所述的過壓放電裝置是非常簡單的且特別適用于高頻同軸導(dǎo)線其中過壓放電器、金屬接觸元件、彈簧件和操作裝置或膨脹裝置相對于第一個(gè)軸軸向前后設(shè)置在一個(gè)公共的外殼中，外殼是導(dǎo)電的，而且用作至過壓放電器的引線，而且設(shè)置有用于形成與外殼的接觸的接觸彈簧。
這里金屬接觸元件、彈簧件和操作裝置或膨脹裝置可以設(shè)置在過壓放電器的一側(cè)上。
但是也可以將金屬接觸元件和操作裝置或膨脹裝置設(shè)置在過壓放電器的一側(cè)上，而將彈簧件設(shè)置在過壓放電器的另一側(cè)上。
外殼可以設(shè)計(jì)成單側(cè)開放、可旋入的外殼。然而外殼也可以設(shè)計(jì)為單側(cè)開放的外殼，并且在外殼的開放一側(cè)設(shè)置有多個(gè)連接管腳，用于將過壓放電裝置插入到印刷電路中。
過壓放電器最好被設(shè)計(jì)成氣體艙放電器，并具有一個(gè)圓柱體形狀，帶有設(shè)置在端面上的電氣接頭。
按照本發(fā)明，過壓放電裝置被用在同軸導(dǎo)體裝置中，在所述過壓放電裝置中過壓放電器、金屬接觸元件、彈簧件和操作裝置或膨脹裝置相對于第一個(gè)軸同軸地前后設(shè)置在一個(gè)公共外殼中，其中外殼是導(dǎo)電的，并且用作至過壓放電器的引線，在其中設(shè)置有接觸彈簧，用于形成與外殼的接觸。
特別是同軸導(dǎo)體裝置包括一個(gè)沿第二個(gè)軸延伸的內(nèi)導(dǎo)體和一個(gè)同軸地包圍著所述內(nèi)導(dǎo)體的外導(dǎo)體，如果過壓放電裝置以第一個(gè)軸與第二個(gè)軸垂直的方式固定在同軸導(dǎo)體裝置上，尤其是旋緊在同軸導(dǎo)體裝置上，則外殼與外導(dǎo)體電氣連接，并且至過壓放電器的第二引線與內(nèi)導(dǎo)體導(dǎo)電連接。
其它的實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求給出。


下面借助附圖所示實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖中圖1是具有一個(gè)旋入的、如本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所述的過壓放電裝置的同軸導(dǎo)體裝置的縱截面圖；圖2示出配備有一個(gè)氣體艙的圖1所示過壓放電裝置的結(jié)構(gòu)；圖3示出如本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例所述的、適用于安裝在印刷電路中的過壓放電裝置；圖4示出一個(gè)與圖3類似的實(shí)施例，它具有軸向的連接線，用于“跳線”連接；以及圖5是一個(gè)膨脹體的橫截面圖，由于膨脹體被成型為在軸線中的曲桿，導(dǎo)致熱膨脹運(yùn)動增強(qiáng)。
具體實(shí)施例方式
圖1是具有一個(gè)旋入的、如本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例所述的過壓放電裝置的同軸導(dǎo)體裝置的縱截面圖。圖1所示同軸導(dǎo)體裝置10在結(jié)構(gòu)和外部尺寸上可與已知的氣體艙電擊保護(hù)裝置(它們已由申請人供應(yīng)市場，并且主要應(yīng)用于移動通信基站中)相類似。這種氣體艙電擊保護(hù)裝置通常具有50Ω的阻抗，可用于直至幾個(gè)GHz的頻率，并可以承載直至30kA的單個(gè)電流脈沖和直至20kA的多個(gè)電流脈沖。典型的外部尺寸是軸向長度為10mm，外徑約為30mm。應(yīng)用本發(fā)明，這種氣體艙電擊保護(hù)裝置可以后續(xù)裝配一個(gè)適合于自動解除的開關(guān)裝置，而無需做出明顯改變。
同軸導(dǎo)體裝置10包括一個(gè)同時(shí)用作外殼的具有分段的內(nèi)徑的金屬外導(dǎo)體11(由表面精加工的黃銅或類似材料構(gòu)成)和一個(gè)由多個(gè)內(nèi)導(dǎo)體段12，......，15構(gòu)成的內(nèi)導(dǎo)體。內(nèi)導(dǎo)體12，......，15借助于絕緣的圓盤形支架16，17同軸地設(shè)置和固定在外導(dǎo)體11中。端側(cè)的內(nèi)導(dǎo)體段14和15被設(shè)計(jì)成開縫的套筒，并作為可旋入的插頭連接的一部分。設(shè)置在外導(dǎo)體11上的外螺紋18，19用于旋入。在同軸導(dǎo)體裝置10的中間段中外導(dǎo)體11及其內(nèi)徑加大。同時(shí)在此段中內(nèi)導(dǎo)體段13具有縮小的外徑。垂直于同軸導(dǎo)體裝置10的軸35，在外導(dǎo)體或外殼11一個(gè)側(cè)面(在圖1中是上方)上置入一個(gè)螺紋孔23，在其中旋入根據(jù)本發(fā)明的過壓放電裝置20。
過壓放電裝置20包含一個(gè)已知的雙極氣體艙放電器或氣體放電分路器類型的(圓柱形)過壓放電器22，它的圓柱軸位于過壓放電裝置20的軸34中。這種(如Epos公司提供的)氣體放電分路器具有從70伏至數(shù)千伏的響應(yīng)電壓，并且在點(diǎn)火狀態(tài)下具有10至30伏的電弧燃燒電壓。在點(diǎn)火狀態(tài)下內(nèi)阻降至小于1Ω的值，而在阻斷(觸發(fā))狀態(tài)下內(nèi)阻大于1GΩ。電容只有幾個(gè)PF，這對于高頻應(yīng)用特別有利。外部尺寸(長度×外徑)在6mm×8mm的數(shù)量級。
過壓放電器22可拆卸地安裝在過壓放電裝置20中。它具有兩個(gè)端側(cè)接觸面，所述接觸面與位于內(nèi)部的氣體放電段相連接，并且通過置于其間的陶瓷外殼相互絕緣。過壓放電器22以其下面的自由端放置在絕緣杯21中。所述絕緣杯以其下面的接觸面置于一個(gè)導(dǎo)電的連接件24上，這個(gè)連接塊通過絕緣杯21底上的一個(gè)開孔形成與內(nèi)導(dǎo)體段13的接觸。
圖1中的過壓放電裝置20的放大圖示于圖2。它包括一個(gè)向下開放的外殼25，所述外殼容納過壓放電器或氣體艙放電器22(艙保持外殼)。此外殼25外部具有板手平面，并且具有螺紋32，利用螺紋可以將外殼旋到外導(dǎo)體11上的螺紋孔23(圖1)中。外殼首先在另一側(cè)也設(shè)計(jì)成敞開的，使得置于外殼中的功能件22和26，......，31可以放入外殼內(nèi)部。螺栓33用于(永久性)封閉上面的開口。
沿著過壓放電裝置20的軸34由下至上順次排列在外殼25中的是過壓放電器22、中間接觸器30、膨脹體29、具有在上部周邊向上站立設(shè)置的接觸彈簧28的接觸圓盤27、和一個(gè)形成為彈性圓盤的彈性元件26。中間接觸器30具有一個(gè)圓盤形底板40，在該底板上向上形成一個(gè)具有減小的直徑的圓柱形接觸栓39。底板40的外徑略大于過壓放電器22的外徑。中間接觸器30例如由黃銅構(gòu)成，并且為了改善導(dǎo)電能力，特別是為了避免燒損，中間接觸器被進(jìn)行表面處理，尤其是鍍銀。
膨脹體29具有圓盤形狀，并且最好由一個(gè)熱穩(wěn)定的橡膠彈性材料構(gòu)成，尤其是由硅橡膠或氟合成橡膠構(gòu)成。它在中央具有一個(gè)同軸的孔38，孔的直徑與中間接觸器30的接觸栓39的相同。在已組裝的狀態(tài)下(圖2)，中間接觸器30的接觸栓39恰好穿過膨脹體29的孔38如此深，使得在工作溫度下接觸栓39的端面可靠連接到膨脹體29的上表面，并同時(shí)與排列在膨脹體29上方的接觸圓盤27的下表面形成電氣接觸。
圓形的接觸圓盤27同樣由經(jīng)過表面處理的、尤其是鍍銀的黃銅構(gòu)成。在接觸圓盤的上邊緣上，在周邊分布設(shè)置的、自身在軸向方向上延伸并略微向外彎曲的接觸彈簧28形成與外殼25內(nèi)壁的導(dǎo)電接觸。外殼25同時(shí)用作至過壓放電器22的引線。為了避免中間接觸器30和接觸圓盤27通過外殼25而短路，中間接觸器30外部被一個(gè)同軸絕緣套筒31包圍，它也包圍著膨脹體29和接觸圓盤27的下部。絕緣套筒31被構(gòu)造成中空圓柱，并且由電絕緣且熱隔離的熱穩(wěn)定材料構(gòu)成，最好由聚四氟乙烯構(gòu)成。絕緣套筒31以一個(gè)外凸頭41撐在外殼25中的支撐切口上。在絕緣套筒31中的支撐切口42上支撐著中間接觸器30的底板40。這樣其上表面與中間接觸器的底板40焊接的過壓放電器22被固定在外殼25中。
一個(gè)彈性元件26被設(shè)置在接觸圓盤27與外殼25或螺栓34之間，此彈性元件在所示例子中被構(gòu)造成彈性圓盤，但也可采用其它形式(盤形彈簧、螺旋形彈簧或類似物)。彈性元件26和過壓放電裝置20的各構(gòu)件的軸向尺寸如此設(shè)計(jì)，使得接觸栓39和接觸圓盤27在正常狀態(tài)(工作溫度)下在彈力作用下相互擠壓地接觸。
過壓放電裝置20的工作方式如下正常狀態(tài)下，過壓放電器22未點(diǎn)火并且過壓放電裝置基本處于正常溫度下，這時(shí)由中間接觸器30和接觸圓盤27形成的開關(guān)接點(diǎn)保持接通。從而過壓放電器22在其一端與內(nèi)導(dǎo)體段13導(dǎo)電連接，在其另一端通過元件30、27、28和外殼25與外導(dǎo)體11導(dǎo)電連接。如果同軸導(dǎo)體裝置10被雷電或其它具有超過過壓放電器22的點(diǎn)火電壓的短時(shí)電壓脈沖電擊，則過壓放電器22點(diǎn)火，且電位差得到均衡。在電壓脈沖過去后電壓立即又降到過壓放電器22的點(diǎn)火電壓以下，則過壓放電器觸發(fā)，回到初始狀態(tài)。過壓放電器22和從而膨脹體29不產(chǎn)生明顯的升溫。
相反，如果在電壓脈沖過去后在過壓放電器22上還維持著一個(gè)超過點(diǎn)火電壓的電壓，過壓放電器繼續(xù)流過一個(gè)電流，由于放電器的內(nèi)阻，此電流產(chǎn)生熱量并導(dǎo)致過壓放電裝置22升溫。在過壓放電器22中產(chǎn)生的熱量同軸地流過底板40并徑向通過中間接觸器30的接觸栓39到達(dá)膨脹體29，使其變熱并引起熱膨脹，其中熱量向外殼25的快速徑向流動被熱隔離的絕緣套筒31阻止。這里膨脹體29的熱膨脹幾乎只在軸向方向上完成，因?yàn)樵趶较蚍较蛏系呐蛎涹w29被絕緣套筒31限制，并且通過這種限制而形成的壓力由于膨脹體29的“準(zhǔn)流體靜力學(xué)”材料特性作用在軸向上。通過這種方法可以得到膨脹體29的軸向膨脹，它比各向同性的膨脹大三倍還多，從而呈現(xiàn)出明顯的放大效果。通過兩個(gè)接觸件30和27之間膨脹體29的軸向熱膨脹-當(dāng)達(dá)到足夠高的溫度，例如100℃或更高的溫度時(shí)-相對于彈性元件26的壓力使得兩個(gè)接觸件相互分離。隨著接觸件30和27的分開，流過過壓放電器22的電流被切斷，從而也中止了熱量的產(chǎn)生(自動解除)。在切斷后一旦足夠的熱量從膨脹體29再次流出，并且膨脹體29冷卻和重又收縮，由中間接觸器30和接觸圓盤27構(gòu)成的開關(guān)重又接通并返回到初始狀態(tài)。
顯然，用作膨脹體29的材料的熱膨脹系數(shù)越高，所述開關(guān)過程工作得越好。但同時(shí)此材料應(yīng)直至大于200℃的溫度都是熱穩(wěn)定的，并具有足夠的耐老化性。此外為了用于同軸導(dǎo)線裝置中，它還應(yīng)該具有良好的介電特性。如果要在一個(gè)具有無自動解除開關(guān)裝置的過壓放電器的同軸電擊保護(hù)裝置中附帶安裝一個(gè)這種開關(guān)裝置，如本發(fā)明所述的過壓放電裝置，則膨脹體29的介電特性扮演了一個(gè)重要的角色。
利用圖1所示同軸導(dǎo)線裝置和過壓放電裝置在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了各種測試，其中應(yīng)用具有230伏或90伏的點(diǎn)火電壓的上述類型的氣體艙放電器。對于4kV/2kA的脈沖(按照IEC61000-4-5)給出10秒至20秒數(shù)量級的艙點(diǎn)火時(shí)間和1至2分鐘數(shù)量級的反應(yīng)時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的過壓放電裝置不僅可以具有優(yōu)點(diǎn)地用在圖1所示類型的同軸導(dǎo)線裝置中，而且可普遍用于氣體艙放電器被用作過壓保護(hù)的地方。例如通常將配備有連接線或焊腳的(見DE-A1-19731312)氣體艙放電器焊在印刷電路中。一個(gè)類似的、按照本發(fā)明改進(jìn)的過壓放電裝置在圖3中給出。圖3的過壓放電裝置46包括一個(gè)氣體艙形式的過壓放電器22，它被裝在一個(gè)一側(cè)開放的外殼43中。串聯(lián)放置的開關(guān)裝置也是由與艙22焊接的中間接觸器30、圓盤形的膨脹體29和接觸板36組成的，它們通過一個(gè)絕緣套筒31′與外殼43絕緣。開關(guān)裝置在此被設(shè)置在過壓放電器22的下面，而具有接觸彈簧28的接觸圓盤27位于過壓放電器22的上面。過壓放電器22通過中央的連接裝置45和開關(guān)30、36連接到(下)側(cè)面上。在另一側(cè)(上側(cè))上，通過外部連接裝置44、外殼43和具有接觸彈簧28的接觸圓盤27實(shí)現(xiàn)連接。利用連接裝置44、45，過壓放電裝置46可以具有優(yōu)點(diǎn)地連接到印刷電路中。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，也可在圖3所示類型的過壓放電裝置中，用兩個(gè)側(cè)面上同軸(或者徑向)的連接線37代替設(shè)置在一個(gè)側(cè)面上的連接裝置44、45，如圖4所示。過壓放電裝置46從而可以“跳線”連接，即安裝在任意電路中。
此外在本發(fā)明范圍內(nèi)還可以用一個(gè)膨脹體代替上面所述的平的圓盤形膨脹體29，所用的膨脹體基于各向異性的材料特性或基于特殊的成型實(shí)現(xiàn)熱膨脹運(yùn)動的增強(qiáng)。圖5示出一個(gè)具有特殊成型的膨脹體的例子。圖5的膨脹體48利用曲桿的機(jī)械原理，其中它被構(gòu)造成錐形的盤片，或者被構(gòu)造成在中心處折彎的板條。膨脹件48以其外邊沿支撐在阻擋支座47上。在圖5中用雙箭頭示出的熱膨脹中由于特殊的成型而產(chǎn)生一個(gè)反轉(zhuǎn)的曲桿效應(yīng)，即在軸34上(箭頭方向上)產(chǎn)生一個(gè)增強(qiáng)的熱膨脹運(yùn)動，它可以具有優(yōu)點(diǎn)地被用作開關(guān)動作。
附圖標(biāo)記列表10 同軸導(dǎo)線裝置11 外導(dǎo)體(外殼)12，...，15 內(nèi)導(dǎo)體段16，17支架18，19外螺紋20，46過壓放電裝置21 絕緣杯22 過壓放電器(氣體艙)23 螺紋孔24 連接件25 外殼(艙支架外殼)26 彈性元件(彈性圓盤)
27 接觸圓盤28 接觸彈簧29，48膨脹體30 中間接觸件31，31′絕緣套筒32 螺紋33 螺栓34 軸(膨脹體)35 軸(同軸導(dǎo)線裝置)36 接觸板37 連接線38 孔39 接觸栓40 底板41 凸頭42 支撐切口43 外殼44，45連接裝置47 阻擋支座
權(quán)利要求
1.具有一個(gè)過壓放電器(22)和一個(gè)開關(guān)機(jī)構(gòu)(26，…，31，31′)的自動解除的過壓放電裝置(20，46)，其中所述過壓放電器在超過一個(gè)給定的第一電壓值時(shí)從不導(dǎo)電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)電狀態(tài)，并且在低于一個(gè)小很多的第二電壓值時(shí)才回到不導(dǎo)電狀態(tài)；所述開關(guān)機(jī)構(gòu)在電流流過過壓放電器(22)時(shí)做出反應(yīng)并切斷流過過壓放電器(22)的電流，接著自動回到其初始狀態(tài)，其特征在于，開關(guān)機(jī)械(26，…，31)可逆地對過壓放電器(22)中由電流產(chǎn)生的熱量做出反應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述開關(guān)機(jī)構(gòu)(26，…，31，31′)包括開關(guān)裝置(26，27，30或26，30，36)和與壓放電器(22)熱耦合、用于驅(qū)動開關(guān)裝置(26，27，30或26，30，36)的操作裝置(29，31，31′，48)，其中所述操作裝置(29，31，31′，48)可逆地對過壓放電器(22)中由電流產(chǎn)生的熱量做出反應(yīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述操作裝置(29，31，31′)包括膨脹裝置(29，48)，所述膨脹裝置借助于熱膨脹將過壓放電器(22)中由電流產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)換為一個(gè)開關(guān)動作。
4.如權(quán)利要求3所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述膨脹裝置包括由一種固體材料構(gòu)成的膨脹體(29，48)，利用其在第一個(gè)軸(34)上的熱膨脹作為開關(guān)動作。
5.如權(quán)利要求4所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述膨脹體(29)由熱穩(wěn)定的橡膠彈性材料構(gòu)成，尤其是由硅橡膠或氟合成橡膠構(gòu)成，并且膨脹體(29)被一個(gè)限制其徑向膨脹并從而增強(qiáng)其軸向膨脹的限制元件(31，31′)所包圍。
6.如權(quán)利要求5所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述膨脹體(29)具有與第一個(gè)軸(34)同軸的圓盤的形式，并且設(shè)置有一個(gè)空心圓柱體形狀的、同軸的、電絕緣和熱隔離的、尤其是由聚四氟乙烯構(gòu)成的絕緣套筒(31，31′)作為限制元件。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述開關(guān)裝置包括一個(gè)開關(guān)(27，30或30，36)，它與過壓放電器(22)串聯(lián)連接，并且在初始狀態(tài)下是接通的，而當(dāng)操作裝置(29，31，31′)對過壓放電器(22)中由電流產(chǎn)生的熱量做出反應(yīng)時(shí)它被斷開。
8.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述開關(guān)裝置包括一個(gè)開關(guān)，它與過壓放電器(22)并聯(lián)連接，并且在初始狀態(tài)下是斷開的，而當(dāng)操作裝置對過壓放電器(22)中由電流產(chǎn)生的熱量做出反應(yīng)時(shí)它被接通。
9.如權(quán)利要求7所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述開關(guān)包括兩個(gè)金屬的接觸元件(27，30或30，36)，所述接觸件通過一個(gè)彈性元件(26)相互擠壓，并且可以相對于彈性元件(26)的壓力而相互分離，一個(gè)接觸元件(30)與過壓放電器(22)相連接，尤其是焊接，并且操作裝置(29，31，31′)或膨脹裝置(29)被設(shè)置在這兩個(gè)接觸元件(27，30或30，36)之間。
10.如權(quán)利要求9所述的過壓放電裝置，其特征在于，接觸元件(27，30或30，36)被表面處理，尤其是被鍍銀。
11.如權(quán)利要求9或10所述的過壓放電裝置，其特征在于，過壓放電器(22)、金屬的接觸元件(27，30或30，36)、彈性元件(26)和操作裝置(29，31，31′)或膨脹裝置(29)相對于第一個(gè)軸(34)軸向地前后設(shè)置在一個(gè)公共的外殼(25，43)中，所述外殼(25，43)是導(dǎo)電的，并且用作至過壓放電器(22)的引線，此外設(shè)置有接觸彈簧(28)，用于形成與外殼(25，43)的接觸。
12.如權(quán)利要求11所述的過壓放電裝置，其特征在于，金屬的接觸元件(27，30或30，36)、彈性元件(26)和操作裝置(29，31，31′)或膨脹裝置(29)設(shè)置在過壓放電器(22)的一側(cè)上。
13.如權(quán)利要求11或12所述的過壓放電裝置，其特征在于，外殼(25，25′)被構(gòu)造成一側(cè)開放的、可旋入的外殼。
14.如權(quán)利要求11所述的過壓放電裝置，其特征在于，金屬的接觸元件(27，30或30，36)和操作裝置(29，31，31′)或膨脹件(29)排列在過壓放電器(22)的一側(cè)上，而彈性元件(26)被設(shè)置在過壓放電器(22)的另一側(cè)上。
15.如權(quán)利要求11或14所述的過壓放電裝置，其特征在于，在外殼(43)上設(shè)置有連接裝置(37，44，45)，用于將過壓放電裝置(46)連接到一個(gè)電路中，尤其是一個(gè)印刷電路中。
16.如權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的過壓放電裝置，其特征在于，彈性元件(26)被構(gòu)造成彈性圓盤。
17.如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的過壓放電裝置，其特征在于，過壓放電器(22)被構(gòu)造成氣體艙放電器，并具有在端側(cè)上設(shè)置有電連接端子的圓柱體形狀。
18.如權(quán)利要求1所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述開關(guān)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)具有正溫系數(shù)或負(fù)溫系數(shù)(PTC或NTC)的電阻元件。
19.如權(quán)利要求1所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述開關(guān)機(jī)構(gòu)包括一個(gè)雙金屬元件或記憶金屬元件。
20.如權(quán)利要求3所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述膨脹裝置包括一種氣體或一種液體，它們的熱膨脹被用于產(chǎn)生開關(guān)動作。
21.如權(quán)利要求4所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述膨脹體(48)在第一個(gè)軸(34)上的熱膨脹通過膨脹體的適當(dāng)成型而被增強(qiáng)。
22.如權(quán)利要求4所述的過壓放電裝置，其特征在于，所述膨脹體在第一個(gè)軸(34)上的熱膨脹由于膨脹體的各向異性材料特性而被增強(qiáng)。
23.如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的過壓放電裝置在同軸導(dǎo)體裝置(10)中的應(yīng)用。
24.如權(quán)利要求23所述的應(yīng)用，其特征在于，同軸導(dǎo)體裝置(10)包括一個(gè)在第二個(gè)軸(35)上延伸的內(nèi)導(dǎo)體(12，…，15)和一個(gè)同軸地包圍內(nèi)導(dǎo)體(12，…，15)的外導(dǎo)體(11)，過壓放電裝置(20)以第一個(gè)軸(34)垂直于第二個(gè)軸(35)的方式固定在、尤其是被旋緊在同軸導(dǎo)體裝置(10)上，外殼(25)與外導(dǎo)體(11)導(dǎo)電連接，并且至過壓放電器(22)的第二引線(24)與內(nèi)導(dǎo)體(12，…，15)導(dǎo)電連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有一個(gè)過壓放電器(22)和一個(gè)開關(guān)機(jī)構(gòu)(26，…，31)的自動解除過壓放電裝置(20)，其中過壓放電器在超過一個(gè)給定的第一電壓值時(shí)從不導(dǎo)電狀態(tài)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)電狀態(tài)，并在低于一個(gè)非常低的第二電壓值時(shí)才回到不導(dǎo)電狀態(tài)；開關(guān)機(jī)構(gòu)在電流流過過壓放電器(22)時(shí)做出反應(yīng)并切斷流過過壓放電器(22)的電流，并且接著自動回到其初始狀態(tài)。在這種過壓放電裝置中，通過開關(guān)機(jī)構(gòu)(26，…，31)可逆地對在過壓放電器(22)中由電流產(chǎn)生的熱量做出反應(yīng)獲得了一個(gè)簡單的、可靠和緊湊的、適用于高頻應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01T4/00GK1998117SQ200480043750
公開日2007年7月11日 申請日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者西格弗里德·格羅斯, 尤哈蘭德·格貝爾, 彼得·紐徹特, 馬庫斯·甘特 申請人:胡貝爾和茹納股份公司