(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端電極（11）と下端電極（12）との間の円筒形のバリスターブロック（10）の軸線方向に順々に配置されかつゴムまたはその他のポリマー材料の細長い電子絶縁外側ケーシング（19）により包囲された好ましくは金属酸化物で製造された複数のバリスターブロック（10）の積重体を備えているサージ防止器であって、端部電極（11,12）が該積重体内の異なる要素（10−14）の間に必要な接触圧力を得るために絶縁材料の締付部材（15）により相互に連結されているサージ防止器において、締付部材（15）が連続して巻かれたストランドの少なくとも３つのストラップを備え、かつバリスターの積重体内の下端電極（12）と最下端ブロック（10）との間で下端電極（12）から突出した中央に配置されたピボット部材（17）を備え、前記ピボット（17）がすべての横方向において回動を可能にするために圧力板（14）と接触し、バリスター積重体内の最下端ブロック（10）により支えられていることを特徴とするサージ防止器。
【請求項２】
ピボット装置がバリスターの積重体にプレストレスを与えるためのねじ（17）を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のサージ防止器。
【請求項３】
ピボット部材（17）が少なくとも１つのライニング（シム）を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のサージ防止器。
【請求項４】
圧力板（14）に斜めの端縁が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載のサージ防止器。
【請求項５】
圧力板（14）に凹形の端縁が形成されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載のサージ防止器。
【請求項６】
ピボット部材（17）に圧力板（14）と接触する平面状の面が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載のサージ防止器。
【請求項７】
ピボット部材（17）または圧力板（14）に凸形接触面が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載のサージ防止器。
【請求項８】
ピボット装置が圧力板（14）と端部電極（12）との間に配置された弾性板を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載のサージ防止器。
【請求項９】
弾性板が電気絶縁され、かつ圧力板（14）が弾性接続部材を備えていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載のサージ防止器。
【請求項１０】
端部電極が半径方向に突出した肩部（16）を備え、締付部材（15）が肩部（16）と接触し、下端電極（12）から半径方向に突出した各々の肩部（16）が下端電極（12）と一体に構成された固定部分（16a）と該固定部分と関連したピボット部分（16b）とを備え、それにより接合部（30,31）が締付部材（15）からの圧縮応力をトルクに含まない態様で端部電極（12）に伝達可能であることを特徴とする請求の範囲第１項から第９項までのいずれか１項に記載のサージ防止器。
【請求項１１】
各々の端部電極（11,12）において、端ヨーク（20）が配置されかつ耳部（21）を備え、該耳部によりサージ防止器の撓みを減少することができ、締付部材（15）の横方向の収縮作用を阻止することができ、サージ防止器モジュールを結合したときに、トルクを伝達することができることを特徴とする請求の範囲第１項から第10項までのいずれか１項に記載のサージ防止器。
【発明の詳細な説明】
技術的な分野
本発明は、好ましくは金属酸化物で製造されかつ２つの端電極の間のバリスターブロックの軸線方向に順々に配置されかつゴムまたはその他のポリマー材料の細長い電気絶縁外側ケーシングにより包囲された複数のバリスターブロックの積重体（stack）を備えているサージ防止器に関する。積重体内の種々の器具（instrument）の間の必要な接触圧力を得るために、サージ防止器は２つの端部電極の間に延在しかつ該電極に固定された１つまたはそれ以上の締付部材を備えている。
背景技術
上記の種類のサージ防止器は、米国特許第4656555号、米国特許第5291366号および欧州特許第0230103号の各特許明細書から前から知られている。これらの既知の設計の欠点は、サージ防止器に対して横方向における機械的な影響に対する抵抗がほとんどないことである。
大きい電流を搬送するために、ブロックの間に十分な接触圧力が達成されなければならない。既知の解決方法においては、この接触圧力は、外部の機械的な電気絶縁接合部（joint）を有するバリスター積重体にプレストレスを与えることにより達成される。バリスター積重体は、プレストレス要素に関して極めて大きいこわさ（stiff）を有し、それゆえに、上端電極に作用する横方向の外側荷重はバリスター積重体内で曲げ応力として吸収される。この曲げ応力は、バルスターブロックの表面上の力の分布を必要とし、それにより撓みの方向において端縁に向かって増大する圧縮応力を発生しかつ反対の方向において対応した圧力を軽減する。圧力の軽減は不十分な接触圧力を生ずるので、容認することはできない。既知の解決方法は、十分な接触圧力がバリスターブロックの表面全体にわたって得られるようにプレストレス力を増大することである。しかしながら、バリスターブロックは脆いので、その端縁において大きい圧縮応力が作用した結果、容易に亀裂がはいる。それゆえに、この既知の解決方法は、十分な接触圧力を維持することと支持圧力に関してバリスターブロックの強度を超えないこととの均衡をはかっている。
上記の種類のサージ防止器は、中間電圧システム用のサージ防止器において、単独で能動部分（active  part）を構成することができる。また、複数のサージ防止器は、モジュールのように、より高いシステム電圧用に意図された複合（直列接続された）サージ防止器となるように一緒に連結することができる。いくつかのモジュールからなるこのようなサージ防止器に横方向の荷重が加えられるときに、曲げモーメントが複合サージ防止器全体に作用する。それにより、最下部の防止器モジュールのバリスターブロックは、非常に大きい圧縮応力と引張応力とをそれぞれうける。それゆえに、これらの既知の設計のさらに一つの欠点は、サージ防止器モジュールを一緒に結合するときに、外部の横方向の力に対する抵抗が大きく減少することである。
発明の要約
本発明は従来技術よりも外部の横方向荷重に対するより良好な抵抗力を有する上記の種類のサージ防止器を提供することを目的としている。本発明によれば、この目的は、端部電極に固定されたストラップ形のプレストレス要素を導入しかつピボット装置をバリスター積重体と下端電極との間に導入することにより達成される。プレストレス要素は、端部電極が少なくとも３つの箇所において相互に連結されるように配置され、それによりすべての方向において、撓みによりひき起こされた曲げモーメントがプレストレス要素において引張力および圧縮力として吸収される。また、上端電極に作用する外部曲げ応力がプレストレス要素において引張力および圧縮力として吸収される。それゆえに、複数のモジュールからなるサージ防止器が既知の設計で構成された対応したサージ防止器よりもかなり大きい外部の横方向の力に耐えることができる。
外部の横方向の力が作用するピボット装置を有するサージ防止器モジールは、その上端電極に曲げモーメントを発生させる。その結果、最上端のバリスターブロックの表面上に機械的な応力分布が生ずる。この応力はピボットが設けられておらず、しかも応力が反対方向に作用する場合の応力と同じ大きさである。バリスター積重体の下端部においては、理想的なピボットの場合には、モーメントを伝達することができず、それゆえに、最下部バリスターブロックには応力分布が発生しない。ピボット装置が曲げモーメントを部分的に伝達することができるようにピボット装置を構成することにより、付加的な利点が得られる。この場合には、曲げモーメントをバリスター積重体の下端電極から下側部分に伝達することができ、この曲げモーメントはバリスター積重体の上側部分におけるモーメントの反対の方向に導かれる。従って、発生する曲げモーメントはバリスターブロックの表面上にかなり低い支持圧力が作用するように相互に釣り合うような大きさにされ得る。従って、より大きい外部の横方向荷重に耐えることができる。
上記の解決方法は、ピボット装置を弾性板で構成することにより達成することができる。本発明によれば、この解決方法はバリスター積重体に支えられた圧力板と圧力板と接触するピボットにより達成することができ、ピボットには、圧力板に向かう平面状の面が形成されている。その結果、サージ防止器が撓められたときに、ピボット点が撓められた方向に変位し、それによりプレストレス要素のトルクアームが変化する。引張荷重をうけているプレストレス要素に属するトルクアームが撓む間に長くなり、その結果、より低い引張荷重がプレストレス要素に作用する。このようにして、サージ防止器には当初のこわさ（stiffness）が与えられ、これはより大きい撓みが発生する前に、ある曲げモーメントが負かされねばならないことを意味する。
プレストレス要素は、ガラス繊維ストランドが連続して巻かれ、かつポリマーの中に埋められたストラップから都合よく構成することができる。ストラップは、例えば、非公開前（non  prepublished）ドイツ特許出願P43  06  691  ７号に示した端部電極から突出した肩部上に締め付けられる。サージ防止器は、ピボット装置を介して、従来技術の設計の場合よりも横方向の力に、より大きい撓みを有する。これは、撓み時に下端電極から突出した肩部により支えられたストラップが撓みの方向において好ましくない力の分布をうけることを意味している。このような撓みをうけたときに、端部電極は平行に配置されるのみでなく、また相互にある角度をなして配置される。変位と角調節は撓みの方向に平行な軸線方向の平面内のストラップの横断面が横断面の内側端縁および外側端縁において異なる力をうけることを意味している。従って、発生する端縁荷重はストラップの総荷重吸収能力のために必要な大きさになる。そのときに、もしも撓みが同時に許容されれば、ストラップの荷重吸収能力が減少する一つの問題が発生する。
本発明によれば、上記の問題は、端部電極と一体に構成された肩部の上側部分からの肩部の下側荷重吸収部分を接合部により接線方向に旋回することにより解決される。そのときに、ストラップと接触する肩部のその部分は、ストラップの横断面に関して均等に分布される力の分布を有する。その場合には、力はトルクを含まない態様で肩部の下側部分を丸く形成することにより構成される接合部を通じて肩部の固定部分に伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
本発明を添付図面を参照して実施例を説明することによりさらに詳細に説明する。
第１図はサージ防止器のケーシングの部分を切断して示した本発明によるサージ防止器の三次元図である。
第２図はこのようなサージ防止器を軸線方向断面図で示す。
第３図は上記のサージ防止器の下側部分の代替実施例を示す。
好ましい実施例の説明
第１図および第２図に示したサージ防止器は、円筒形の酸化亜鉛ブロックの形態の複数のバリスタ要素10の積重体を備えている。このバリスター積重体は、中間圧力板13、14を有する上端電極11と下端電極12との間に締め付けられている。端部電極11、12と圧力板13、14は、好適には、導電性材料、例えば、アルミニウムで製造することができる。バリスター積重体の軸線方向の圧縮は、４つの電気絶縁ストラップ15の助けにより行われる。ストラップ15は、連続したガラス繊維を複数回巻いて熱硬化樹脂の中に埋めることにより製造される。ストラップ15は端部電極11、12に固定されている。端部電極11、12は、この目的のために、円筒形の接触面を有する４つの半径方向に突出した肩部16を備えている。ストラップ15は、工場で予め製造することができ、その後ねじ17を締め付けることによりバリスターブロック、座金および電極からなる積重体上に締め付けることができる。ねじ17は下端電極の中にねじ込まれかつ同時に接合ねじまたは端子としての機能をはたす。
防止器モジュールの上端電極は、同様なモジュールにねじ込まれるべきねじのため、または外部連結のためのねじ穴18を備えている。サージ防止器の各々の端部には、座金上に配置された４つの耳部21を備えている端ヨーク20が設けられている。各々の耳部21は肩部16と重なり合い、かつ各々の肩部16において突出した支持部材22と接触する。耳部21の機能は、サージ防止器の撓みを減らしかつストラップ15における横方向の収縮力に反作用することである。端ヨーク20は、また、サージ防止器モジュールまたは端部連結部（end  connection）を一緒にねじで締め付けるときにトルクを伝達することができるように意図されている。サージ防止器モジュールは、好ましくは、エラストマー、例えば、シリコーンゴムまたはエチレン・プロピレン・ターポリマー（EPDMゴム）を注入成形することにより成形されたケーシング19を備えている。
第３図は下端電極12の代替実施例を示す。下端電極12から突出した肩部16の各々は、該下端電極と一体に構成された上側固定部分16aと、ストラップ15に面した半円形接触面を備えている下側ピボット部分16bとを備えている。支持面22と同一平面上にあるサージ防止器の垂直面（normal  plane）において、固定部分16aには平面状の接触面30が形成されている。肩部16の下側ピボット部分16bには、同じ平面内で接触面30にのっている円筒形の接触面31が形成されている。接触面31は、肩部16の中心を通る軸線方向の平面に接線をなす方向に延在している。このようにして、接触面30および31は、ストラップ15から作用する力をトルクを含まない態様で下端電極12に伝達することができる接合部（joint）を構成している。この理由から、サージ防止器を撓ませるときに、ストラップの横断面に一様でない荷重が作用しないようになっている。ねじ17と当接する圧力板14は、その端縁が凹面に形成されている点で前記の実施例と異なっている。
本発明の有利な開発事項によれば、ピボット装置は、曲げモーメントを部分的に伝達することができるようにこわさ（stiff）を有するように構成されている。従って、バリスタ積重体の下端部に作用する曲げモーメントは、バリスター積重体の上端部に作用する曲げモーメントに部分的に反作用する大きさに設定することができる。この設計により、このサージ防止器は、バリスターブロックにおいて許容された支持圧力を超過することなく既知の場合よりもかなり大きい横方向の力を吸収することができる。この特性は、ピボット装置を数百メガパスカルに相当する弾性係数を有する、圧力板14と下端電極12との間に挿入された弾性板と置き換えることにより得ることができる。絶縁された脚部（foot）が所望される場合には、弾性板を電気絶縁弾性材料で製造することができる。この実施例においては、電気接続部を圧力板14と接続することができる。
また、曲げモーメント部分的に伝達することが可能な特性は、平面状の接触面を有する下端電極12を通じて配置されたねじ15により達成することができる。その場合には、ねじ15の平面状の接触面には、小さいトルクアームがねじの中心からねじの端縁まで形成され、該トルクアームにより外部曲げモーメントの部分をバリスター積重体に伝達することが可能であるように十分な直径を与えなければならない。このようにして、ピボット点が撓みの方向に横方向に調節され、それにより、より小さい引張力がストラップ15に作用するようにストラップ15に対するトルクアームが好ましい影響をうける。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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