自动解除的过压放电装置及这种过压放电装置的应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及具有一个过压放电器（２２）和一个开关机构（２６，…，３１）的自动解除过压放电装置（２０），其中过压放电器在超过一个给定的第一电压值时从不导电状态转换为导电状态，并在低于一个非常低的第二电压值时才回到不导电状态；开关机构在电流流过过压放电器（２２）时做出反应并切断流过过压放电器（２２）的电流，并且接着自动回到其初始状态。在这种过压放电装置中，通过开关机构（２６，…，３１）可逆地对在过压放电器（２２）中由电流产生的热量做出反应获得了一个简单的、可靠和紧凑的、适用于高频应用的结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及电气保护
它涉及如权利要求1的前序部分所述的一种自动解除的过压放电装置以及这种过压放电装置的应用。
技术介绍
在电气和电子电路中或者在与诸如无线电天线这样的曝露在外面的装置相连接的电线上可能由于雷电或其它瞬时现象而出现危险的电压峰值，它可能导致电气装置的持久损伤或导致整体故障。为了使这种电压峰值不产生损害，长期以来在被保护装置的适当位置上安装不同结构和工作方式的过压放电器，它们在正常状态下不导通，然而在出现危险的过压时导通并均衡掉出现的电位差。 过压放电器的一种可能的形式是与电压有关的电阻，例如金属氧化物变阻器(MOV)，它被连接在两个导体之间，在这两个导体之间可能出现危险的过压峰值。在正常工作电压下变阻器的电阻很大，使得在这两个导体间只有很小的漏电流流过。在高电压峰值下变阻器的电阻极剧减小，从而可以流过所希望的均衡电流。然而变阻器存在以下问题如果在其中由于内部的变化而在正常条件下已经流过强烈增大的漏电流，此电流加载到被保护电路中并且会导致其工作方式的改变。因此已经建议与一个变阻器串联一个可以热激活的开关装置，在大的漏电流条件下变阻器的热量切断流经变阻器的电流，并且还在形成的连接中插入一个火花间隙作为附加的过压保护(US-A-4288833)。可以热激活的开关装置由一个弹性的开关臂实现，它在机械应力下被焊接到变阻器的一端上，形成与变阻器的电气连接。若由于过大的漏电流使变阻器过热，则焊点连接的焊点熔化，并且电气开关臂由于其应力离开变阻器，从而切断流经变阻器的电流。随着开关臂的离开，一个火花间隙起作用，它被形成在变阻器与离开的开关臂或有意设置的导体尖端之间。这种过压放电装置的缺点在于，在开关装置熔断时装置发生不可逆转的变化。同样DE-A1-19731312公开的具有外部短路装置的过压放电器的切换过程也是不可逆转的。在过压放电器过度升温的情况下两个绝缘的间隔保持器熔化，使得一个在弹性应力下站立的短路环箍短接过压放电器的两个或三个连接触点，并从而可以通过过压放电器承接电流。 另一类过压放电器是气体舱放电器，其中在过压情况下具有两个或三个电极的密闭充气舱中的气体放电被点火。这种放电器的问题在于，被点火一次的气体放电维持相对低的点燃电压。如果在安装于电路或连线中的气体舱放电器上在正常工作时例如加有一个用于剥去护皮的电子元件的供电电压，它大于或等于点燃电压，或者具有很高的高频功率，在出现一个点火过压之后气体放电继续被点燃并且加载此电路或连线。在气体舱放电器情况下也已建议附加不可逆的开关装置，它们对放电器中出现的过热做出反应，然后持续切断至放电器的电流(US-A-4051546)或通过一个旁路使放电器持续短路(US-A-3755715或US-A-4132915)。这些热激活的开关装置可以集成在过压放电器中(见上列文献)，但是它们也可以独立构成，并且从外部与过压放电器热耦合(US-A-4275432)。也已公开了与用于同轴导线中的气体舱放电器有关的热激活的不可逆短路装置(US-A-5724220，图24和图25)。 US-A-4068277公开了一种用于切断流过气体舱放电器的放电电流的可逆的开关装置。其中具有一个独立的、配置有一个双金属元件的热工作的继电器，其热元件与放电器串联连接。一旦放电器中点燃的放电已维持一个确定的时间，继电器做出动作，并切断流过放电器和导线的电流。如果继电器在例如20-30秒的较长时间后重又充分地冷却，则它重又自动接通流过放电器和导线的电流，从而再次形成初始状态。这种方案的缺点在于，由于采用独立的继电器，而不可能有紧凑且节省空间的结构。此外这种切断导线的方式不适用于以下的应用情况，在这些应用中对于其它电路部件的供电通过此导线引入。 对过压放电装置有特殊的要求，它必须能集成在高频同轴导体装置中，并且从而不仅要适用于最高的频率，而且还应该是结构紧凑，工作可靠，无需经常维护且十分可靠。 具有集成的过压放电装置但没有附加的开关装置的同轴导体装置已由本申请人的CH-A5-660261或EP-A1-0855756或EP-A1-0938166公开。为了在这种过压放电装置处于故障状态下时和在加有直流电压或高频信号时，此气体舱放电器可以可靠地回到非导通状态，在本申请人的WO-A1-2004/032276中建议附加一个开关装置，它包括一个电感、一个以电磁方式工作的切断开关和一个二极管。此开关装置与一个由两个同样的气体舱放电器构成的串联电路一起工作。此装置的结构和工作原理可由上述文件获得。 WO-A1-2004/032276所公开的开关装置可靠地保护了气体舱放电器，使其不持续加载，并且开关装置在气体放电触发后自动重又接入到气体舱放电器中。此开关装置已经受到实践的考验，并且可以集成到同轴导体装置中，如果同轴导体装置从一开始就在结构上为此而设计的话。 然而存在以下的愿望具有这样的自动解除过压放电装置，它首先是宽带的、结构简单的和可廉价生产的，但是也可以后续装配到现有的具有集成过压放电器—如在CH-A5-660261中所述的-的同轴导体装置中，而不必对同轴线本身作结构上的改变。
技术实现思路
因此本专利技术的目的在于提供一种自动解除的、宽带和成本低廉的过压放电装置，其结构简单而可靠，具有很高的工作可靠性，可大大节省空间地构造，并且特别是可以后续装配到现有同轴线应用中而不改变其结构。 上述任务由权利要求1所述特征的结合来完成。本专利技术的核心在于，设置了一个开关机构，它在电流流过过压放电器时可逆地对过压放电器中由电流产生的热量做出反应，并切断流过过压放电器的电流，而且接着自动返回到其初始状态。在最简单的情况下这可以用一个纯电学的装置实现，例如一个具有正温系数(PTC)或具有负温系数(NTC)的电阻，它探测过压放电器的温度，并通过其电阻变化切断气体放电。 开关机构最好包括开关装置和与过压放电器热耦合的操作装置，它用于驱动开关装置，不同于现有技术中的熔化焊点连接，操作装置可逆地对在过压放电器中由电流产生的热量做出反应。通过操作装置与过压放电器的直接热耦合，两者在结构上可以结合为一体，从而形成非常紧凑的结构。操作装置对过压放电器中所产生热量做出的反应保证了切断具有一定的时延并且仅当放电器真正处于持续加载时才发生。在切断流过过压放电器的电流之后放电器的升温重又下降时，操作装置自动返回到其初始状态，从而在一定的延迟时间之后使过压放电装置重又投入使用。 例如记忆金属或双金属可考虑作为操作装置，它们基于温度改变其外形，并且控制独立的开关装置，或者是开关装置本身的一部分。本专利技术的一个优选实施例的特征在于，操作装置包括膨胀装置，它借助于热膨胀将过压放电器中由电流所产生的热转换为开关动作。热膨胀是一个特别简单、有效、工作可靠且可再现的产生开关动作的机制，借助于这种开关动作可以切断流过放电器的电流。如果接着过压放电器重又冷却了，已膨胀的装置收缩，回到初始状态。 原则上可以利用气体的、液体的或固体的热膨胀。在简单性和可靠性方面特别有利的是按照一个具有优点的方案，膨胀装置包括一个由固体材料构成的膨胀体，其在第一个轴上的热膨胀被用于开关动作。这样提供了一个线性开关动作，它可以特别简单地与相应的开关装置相结合。特别本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有一个过压放电器（２２）和一个开关机构（２６，…，３１，３１′）的自动解除的过压放电装置（２０，４６），其中所述过压放电器在超过一个给定的第一电压值时从不导电状态转换为导电状态，并且在低于一个小很多的第二电压值时才回到不导电状态；所述开关机构在电流流过过压放电器（２２）时做出反应并切断流过过压放电器（２２）的电流，接着自动回到其初始状态，其特征在于，开关机械（２６，…，３１）可逆地对过压放电器（２２）中由电流产生的热量做出反应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1的前序部分所述的一种自动解除的过压放电装置以及这种过压放电装置的应用。 背景技术在电气和电子电路中或者在与诸如无线电天线这样的曝露在外面的装置相连接的电线上可能由于雷电或其它瞬时现象而出现危险的电压峰值，它可能导致电气装置的持久损伤或导致整体故障。为了使这种电压峰值不产生损害，长期以来在被保护装置的适当位置上安装不同结构和工作方式的过压放电器，它们在正常状态下不导通，然而在出现危险的过压时导通并均衡掉出现的电位差。 过压放电器的一种可能的形式是与电压有关的电阻，例如金属氧化物变阻器(MOV)，它被连接在两个导体之间，在这两个导体之间可能出现危险的过压峰值。在正常工作电压下变阻器的电阻很大，使得在这两个导体间只有很小的漏电流流过。在高电压峰值下变阻器的电阻极剧减小，从而可以流过所希望的均衡电流。然而变阻器存在以下问题如果在其中由于内部的变化而在正常条件下已经流过强烈增大的漏电流，此电流加载到被保护电路中并且会导致其工作方式的改变。因此已经建议与一个变阻器串联一个可以热激活的开关装置，在大的漏电流条件下变阻器的热量切断流经变阻器的电流，并且还在形成的连接中插入一个火花间隙作为附加的过压保护(US-A-4288833)。可以热激活的开关装置由一个弹性的开关臂实现，它在机械应力下被焊接到变阻器的一端上，形成与变阻器的电气连接。若由于过大的漏电流使变阻器过热，则焊点连接的焊点熔化，并且电气开关臂由于其应力离开变阻器，从而切断流经变阻器的电流。随着开关臂的离开，一个火花间隙起作用，它被形成在变阻器与离开的开关臂或有意设置的导体尖端之间。这种过压放电装置的缺点在于，在开关装置熔断时装置发生不可逆转的变化。同样DE-A1-19731312公开的具有外部短路装置的过压放电器的切换过程也是不可逆转的。在过压放电器过度升温的情况下两个绝缘的间隔保持器熔化，使得一个在弹性应力下站立的短路环箍短接过压放电器的两个或三个连接触点，并从而可以通过过压放电器承接电流。 另一类过压放电器是气体舱放电器，其中在过压情况下具有两个或三个电极的密闭充气舱中的气体放电被点火。这种放电器的问题在于，被点火一次的气体放电维持相对低的点燃电压。如果在安装于电路或连线中的气体舱放电器上在正常工作时例如加有一个用于剥去护皮的电子元件的供电电压，它大于或等于点燃电压，或者具有很高的高频功率，在出现一个点火过压之后气体放电继续被点燃并且加载此电路或连线。在气体舱放电器情况下也已建议附加不可逆的开关装置，它们对放电器中出现的过热做出反应，然后持续切断至放电器的电流(US-A-4051546)或通过一个旁路使放电器持续短路(US-A-3755715或US-A-4132915)。这些热激活的开关装置可以集成在过压放电器中(见上列文献)，但是它们也可以独立构成，并且从外部与过压放电器热耦合(US-A-4275432)。也已公开了与用于同轴导线中的气体舱放电器有关的热激活的不可逆短路装置(US-A-5724220，图24和图25)。 US-A-4068277公开了一种用于切断流过气体舱放电器的放电电流的可逆的开关装置。其中具有一个独立的、配置有一个双金属元件的热工作的继电器，其热元件与放电器串联连接。一旦放电器中点燃的放电已维持一个确定的时间，继电器做出动作，并切断流过放电器和导线的电流。如果继电器在例如20-30秒的较长时间后重又充分地冷却，则它重又自动接通流过放电器和导线的电流，从而再次形成初始状态。这种方案的缺点在于，由于采用独立的继电器，而不可能有紧凑且节省空间的结构。此外这种切断导线的方式不适用于以下的应用情况，在这些应用中对于其它电路部件的供电通过此导线引入。 对过压放电装置有特殊的要求，它必须能集成在高频同轴导体装置中，并且从而不仅要适用于最高的频率，而且还应该是结构紧凑，工作可靠，无需经常维护且十分可靠。 具有集成的过压放电装置但没有附加的开关装置的同轴导体装置已由本申请人的CH-A5-660261或EP-A1-0855756或EP-A1-0938166公开。为了在这种过压放电装置处于故障状态下时和在加有直流电压或高频信号时，此气体舱放电器可以可靠地回到非导通状态，在本申请人的WO-A1-2004/032276中建议附加一个开关装置，它包括一个电感、一个以电磁方式工作的切断开关和一个二极管。此开关装置与一个由两个同样的气体舱放电器构成的串联电路一起工作。此装置的结构和工作原理可由上述文件获得。 WO-A1-2004/032276所公开的开关装置可靠地保护了气体舱放电器，使其不持续加载，并且开关装置在气体放电触发后自动重又接入到气体舱放电器中。此开关装置已经受到实践的考验，并且可以集成到同轴导体装置中，如果同轴导体装置从一开始就在结构上为此而设计的话。 然而存在以下的愿望具有这样的自动解除过压放电装置，它首先是宽带的、结构简单的和可廉价生产的，但是也可以后续装配到现有的具有集成过压放电器—如在CH-A5-660261中所述的-的同轴导体装置中，而不必对同轴线本身作结构上的改变。 发明内容因此本发明的目的在于提供一种自动解除的、宽带和成本低廉的过压放电装置，其结构简单而可靠，具有很高的工作可靠性，可大大节省空间地构造，并且特别是可以后续装配到现有同轴线应用中而不改变其结构。 上述任务由权利要求1所述特征的结合来完成。本发明的核心在于，设置了一个开关机构，它在电流流过过压放电器时可逆地对过压放电器中由电流产生的热量做出反应，并切断流过过压放电器的电流，而且接着自动返回到其初始状态。在最简单的情况下这可以用一个纯电学的装置实现，例如一个具有正温系数(PTC)或具有负温系数(NTC)的电阻，它探测过压放电器的温度，并通过其电阻变化切断气体放电。 开关机构最好包括开关装置和与过压放电器热耦合的操作装置，它用于驱动开关装置，不同于现有技术中的熔化焊点连接，操作装置可逆地对在过压放电器中由电流产生的热量做出反应。通过操作装置与过压放电器的直接热耦合，两者在结构上可以结合为一体，从而形成非常紧凑的结构。操作装置对过压放电器中所产生热量做出的反应保证了切断具有一定的时延并且仅当放电器真正处于持续加载时才发生。在切断流过过压放电器的电流之后放电器的升温重又下降时，操作装置自动返回到其初始状态，从而在一定的延迟时间之后使过压放电装置重又投入使用。 例如记忆金属或双金属可考虑作为操作装置，它们基于温度改变其外形，并且控制独立的开关装置，或者是开关装置本身的一部分。本发明的一个优选实施例的特征在于，操作装置包括膨胀装置，它借助于热膨胀将过压放电器中由电流所产生的热转换为开关动作。热膨胀是一个特别简单、有效、工作可靠且可再现的产生开关动作的机制，借助于这种开关动作可以切断流过放电器的电流。如果接着过压放电器重又冷却了，已膨胀的装置收缩，回到初始状态。 原则上可以利用气体的、液体的或固体的热膨胀。在简单性和可靠性方面特别有利的是按照一个具有优点的方案，膨胀装置包括一个由固体材料构成的膨胀体，其在第一个轴上的热膨胀被用于开关动作。这样提供了一个线性开关动作，它可以特别简单地与相应的开关装置相结合。特别是在这里膨胀体在第一个轴上的热膨胀可以通过膨胀体的适当成型或通过膨胀体的各向异性材料性能而增强。一个适当成型的例子是类似(在逆转方向上作用的)曲杆方式的折弯形状。 膨胀体最好由一个热稳定的橡胶弹性材料构成，尤其是由硅橡胶或氟合成橡胶构成，并且膨胀体一方面被限制了径向上的膨胀并从而增强了轴向膨胀的限制元件所包围。相对于第一个轴而言在径向上的热膨胀被限制元件所限制，并且基于膨胀体的“准流体静力学”性能，在第一个轴的方向上的膨胀明显增强。 按照一种改进，膨胀体具有一个相对于第一个轴的轴向圆盘的形状，并且具有一个空心圆柱体的、同轴的、电绝缘和热隔离的绝缘轴套，特别是它由聚四氟乙烯构成，这样可以避免被侧面边界封闭在膨胀体中的热量的不希望有的影响。 流过过压放电器的电流原理上可以通过断开一个串联设置的开关或通过接通一个并联设置的开关而被切断。如果开关装置包括一个开关，此开关与过压放电器串联连接且在初始状态下是接通的，而且当操作装置对过压放电器中由电流所产生的热量做出反应时此开关被断开，则过压放电装置在结构上是特别简单和紧凑的。然而在本发明范围内也可考虑以下的结构即开关装置具有一个开关，此开关与过压放电器并联连接且在初始状态下是断开的，而且当操作装置对过压放电器中由电流所产生的热量做出反应时此开关被接通。 开关最好包括两个金属的接触元件，它们被一个弹簧件相对挤压，并且相对于弹簧件的压力可相互分开，其中一个接触元件与过压放电装置相连接，特别是焊接，其中操作装置或膨胀装置被设置在这两个接触元件之间。为了避免烧损，接触元件被表面精加工，特别是镀银。 如下所述的过压放电装置是非常简单的且特别适用于高频同轴导线其中过压放电器、金属接触元件、弹簧件和操作装置或膨胀装置相对于第一个轴轴向前后设置在一个公共的外壳中，外壳是导电的，而且用作至过压放电器的引线，而且设置有用于形成与外壳的接触的接触弹簧。 这里金属接触元件、弹簧件和操作装置或膨胀装置可以设置在过压放电器的一侧上。 但是也可以将金属接触元件和操作装置或膨胀装置设置在过压放电器的一侧上，而将弹簧件设置在过压放电器的另一侧上。 外壳可以设计成单侧开放、可旋入的外壳。然而外壳也可以设计为单侧开放的外壳，并且在外壳的开放一侧设置有多个连接管脚，用于将过压放电装置插入到印刷电路中。 过压放电器最好被设计成气体舱放电器，并具有一个圆柱体形状，带有设置在端面上的电气接头。 按照本发明，过压放电装置被用在同轴导体装置中，在所述过压放电装置中过压放电器、金属接触元件、弹簧件和操作装置或膨胀装置相对于第一个轴同轴地前后设置在一个公共外壳中，其中外壳是导电的，并且用作至过压放电器的引线，在其中设置有接触弹簧，用于形成与外壳的接触。 特别是同轴导体装置包括一个沿第二个轴延伸的内导体和一个同轴地包围着所述内导体的外导体，如果过压放电装置以第一个轴与第二个轴垂直的方式固定在同轴导体装置上，尤其是旋紧在同轴导体装置上，则外壳与外导体电气连接，并且至过压放电器的第二引线与内导体导电连接。 其它的实施方式由从属权利要求给出。附图说明下面借助附图所示实施例详细说明本发明。附图中图1是具有一个旋入的、如本发明的一个优选实施例所述的过压放电装置的同轴导体装置的纵截面图；图2示出配备有一个气体舱的图1所示过压放电装置的结构；图3示出如本发明另一个实施例所述的、适用于安装在印刷电路中的过压放电装置；图4示出一个与图3类似的实施例，它具有轴向的连接线，用于“跳线”连接；以及图5是一个膨胀体的横截面图，由于膨胀体被成型为在轴线中的曲杆，导致热膨胀运动增强。具体实施方式图1是具有一个旋入的、如本发明的一个优选实施例所述的过压放电装置的同轴导体装置的纵截面图。图1所示同轴导体装置10在结构和外部尺寸上可与已知的气体舱电击保护装置(它们已由申请人供应市场，并且主要应用于移动通信基站中)相类似。这种气体舱电击保护装置通常具有50Ω的阻抗，可用于直至几个GHz的频率，并可以承载直至30kA的单个电流脉冲和直至20kA的多个电流脉冲。典型的外部尺寸是轴向长度为10mm，外径约为30mm。应用本发明，这种气体舱电击保护装置可以后续装配一个适合于自动解除的开关装置，而无需做出明显改变。 同轴导体装置10包括一个同时用作外壳的具有分段的内径的金属外导体11(由表面精加工的黄铜或类似材料构成)和一个由多个内导体段12，......，15构成的内导体。内导体12，......，15借助于绝缘的圆盘形支架16，17同轴地设置和固定在外导体11中。端侧的内导体段14和15被设计成开缝的套筒，并作为可旋入的插头连接的一部分。设置在外导体11上的外螺纹18，19用于旋入。在同轴导体装置10的中间段中外导体11及其内径加大。同时在此段中内导体段13具有缩小的外径。垂直于同轴导体装置10的轴35，在外导体或外壳11一个侧面(在图1中是上方)上置入一个螺纹孔23，在其中旋入根据本发明的过压放电装置20。 过压放电装置20包含一个已知的双极气体舱放电器或气体放电分路器类型的(圆柱形)过压放电器22，它的圆柱轴位于过压放电装置20的轴34中。这种(如Epos公司提供的)气体放电分路器具有从70伏至数千伏的响应电压，并且在点火状态下具有10至30伏的电弧燃烧电压。在点火状态下内阻降至小于1Ω的值，而在阻断(触发)状态下内阻大于1GΩ。电容只有几个PF，这对于高频应用特别有利。外部尺寸(长度×外径)在6mm×8mm的数量级。 过压放电器22可拆卸地安装在过压放电装置20中。它具有两个端侧接触面，所述接触面与位于内部的气体放电段相连接，并且通过置于其间的陶瓷外壳相互绝缘。过压放电器22以其下面的自由端放置在绝缘杯21中。所述绝缘杯以其下面的接触面置于一个导电的连接件24上，这个连接块通过绝缘杯21底上的一个开孔形成与内导体段13的接触。 图1中的过压放电装置20的放大图示于图2。它包括一个向下开放的外壳25，所述外壳容纳过压放电器或气体舱放电器22(舱保持外壳)。此外壳25外部具有板手平面，并且具有螺纹32，利用螺纹可以将外壳旋到外导体11上的螺纹孔23(图1)中。外壳首先在另一侧也设计成...

【专利技术属性】
技术研发人员：西格弗里德格罗斯，尤哈兰德格贝尔，彼得纽彻特，马库斯甘特，
申请(专利权)人：胡贝尔和茹纳股份公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]