CH662674A5 - Elektrode fuer eine elektrische entladungsstrecke und herstellungsverfahren hierzu. - Google Patents

Elektrode fuer eine elektrische entladungsstrecke und herstellungsverfahren hierzu. Download PDF

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CH662674A5
CH662674A5 CH4933/83A CH493383A CH662674A5 CH 662674 A5 CH662674 A5 CH 662674A5 CH 4933/83 A CH4933/83 A CH 4933/83A CH 493383 A CH493383 A CH 493383A CH 662674 A5 CH662674 A5 CH 662674A5
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electrode
matrix
tubes
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CH4933/83A
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Karl Friedrich Dr-Ing Geibig
Adolf Prof Dr Schwab
Dieter Prof Dr Stoeckel
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Rau Gmbh G
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    • H—ELECTRICITY
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Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine elektrische Entladungsstrecke, welche aus einem metallischen Verbundwerkstoff besteht, bei dem in einem Matrix-Material von hoher elektrischer Leitfähigkeit eine Mehrzahl von Rohren mit hoher Abbrandfestigkeit eingelagert und mit einem Kernmaterial gefüllt sind. Ausserdem wird ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode angegeben.
Elektrische Entladungsstrecken werden häufig als Schalter verwendet. Andere Anwendungsmöglichkeiten liegen z.B. im Initiieren gewünschter Verbrennungsvorgänge, in der Überspannungsbegrenzung und in der Erleichterung gewünschter Funken- bzw. Gasentladungen.
Die Elektroden sind dabei so auszubilden und anzuordnen, dass sich ein optimaler Arbeitsbereich einstellt, bzw. dass die erforderliche Ionisierung der Entladungsstrecke bereits bei relativ geringer Spannungsdifferenz ein-s tritt.
Die DE-PS 566 633 beschreibt eine Zündkerzenmittelelek-trode, bei der in ein relativ leicht verdampfendes Matrix-Material, wie Chrom oder Kobalt, Drähte aus einem schwerer verdampfenden Werkstoff, z.B. aus Wolfram, ein-10 gebettet sind. Im Betrieb wird die leichter verdampfbare Komponente zuerst abgetragen, so dass die herausragenden Wolframdrähte eine entsprechende Feldverdichtung herbeiführen und damit den Zündvorgang erleichtern.
Ein bekanntes Bauelement zur Spannungsbegrenzung ist 15 der Edelgas-Überspannungsableiter, dessen Elektroden in einer Edelgasatmosphäre (Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon) eingeschlossen sind. Bei einer bekannten Ausführungsform befindet sich im Bereich der Entladungsstrecke ein radioaktives Präparat, welches den Gasraum entspre-20 chend vorionisiert und dadurch eine niedere Zündspannung und einen definierten Arbeitsbereich ermöglicht. Eine Vermeidung der damit verbundenen Strahlenbelastung der Umwelt wäre wünschenswert.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine 25 Elektrode für eine elektrische Entladungsstrecke (z.B. Vakuum-, Gas- oder Flüssigkeitsentladungsstrecke) anzugeben, welche durch ihre Ausbildung und/oder Werkstoffzusammensetzung ohne zusätzliche Bestrahlung ein definiertes Ansprechverhalten ergibt. Das Kennzeichnende der Erfin-30 dung ist bei einer Elektrode der eingangs genannten Art darin zu sehen, dass das Kernmaterial aus einem vom Matrix- und Rohrmaterial unterschiedlichen Füllstoff besteht, welcher den Elektronenaustritt aus der Elektrodenoberfläche begünstigt.
35 Die prinzipielle Überlegung besteht darin, in das Rohrmaterial einen metallenen und/oder nichtmetallenen Füllstoff einzubringen, welcher den Elektronenaustritt aufgrund geringer Austrittsarbeit des Füllmaterials bzw. eines besonderen Kathodeneffektes (elektrische Doppelschicht, Hohlka-40 thode u.a.) begünstigt. Durch eine solche Ausbildung ist eine Optimierung des Ansprechverhaltens von Funkenstrecken möglich, da sich z.B. Werkstoffe geringer Austrittsarbeit an Stellen erhöhter elektrischer Feldstärke gezielt implantieren lassen. Die daraus resultierende Verbesserung der Emissions-45 bedingungen lässt eine Optimierung des statischen und dynamischen Ansprechverhaltens der Funkenstrecke erwarten. Ein besonderer Vorteil liegt in der Langzeitkonstanz des AnsprechVerhaltens. Bei den hier vorgeschlagenen Elektroden aus Rohrverbundwerkstoff bleibt der Oberflächenan-50 teil, der den Elektronenaustritt begünstigenden Füllstoffe auch nach dem Ansprechen der Funkenstrecke konstant.
In zweckmässiger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Füllstoff wenigstens eine Komponente mit geringerer Austrittsarbeit als das Matrix- und Rohrmate-55 rial enthält. Vorteilhaft erscheint die Verwendung eines Füllstoffes, welcher wenigstens eine Komponente aus der Gruppe der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle, vorzugsweise Magnesium oder Barium enthält.
Eine andere zweckmässige Ausbildung kann vorsehen, 60 dass der Füllstoff Magnesium, Aluminium oder eine Magnesium-Aluminiumlegierung (Elektron) enthält.
Ausserdem kann es vorteilhaft sein, bei dem Füllstoff eine Oxid-Komponente, beispielsweise Bariumoxid, oder eine Oxidmischung anzuwenden.
65 Eine andere Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass der Füllstoff in Verbindung mit dem umgebenden, insbesondere gasförmigen Medium eine elektropositive Oberflächenschicht bildet.
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Für bestimmte Anwendungszwecke, bei denen ein Ansprechen bereits bei geringer Spannung vorgeschrieben wird, kann es vorteilhaft sein, dem Füllstoff zusätzlich eine radioaktive Komponente zuzusetzen. Obwohl dadurch die eingangs erwähnten Nachteile der Umweltbeeinflussung wieder in Erscheinung treten, ergibt es sich, dass wegen der günstigen Elektrodeneigenschaften radioaktive Hilfsstoffe mit geringer Strahlungsenergie verwendet werden können, so dass die Umweltbelastung wesentlich vermindert wird.
Bei einer zweckmässigen Gestaltung kann das Rohrmaterial aus rostfreiem Edelstahl bestehen, bzw. Wolfram enthalten. In das Matrix-Material wird zweckmässig eine Vielzahl von Rohren, insbesondere mehr als dreissig eingelagert. Eine andere günstige Ausführung kann vorsehen, dass das Matrix-Material, z.B. durch Ätzen, selektiv aus der Elektrodenoberfläche entfernt ist. Dadurch ergibt sich eine Spitzenwirkung im Bereich des Füllstoffes. Bei einer vorteilhaften Ausbildung kann der Anteil des Rohrmaterials unterhalb von 40 Gew.% und der Anteil des Füllstoffs unterhalb von 20 Gew.% des gesamten fertigen Verbundwerkstoffes liegen.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach Anspruch 1 lässt sich dadurch ausführen, dass Rohre mit Füllstoffkern mit einem Mantel aus Matrix-Material umgeben und zum Verbundwerkstoff gemeinsam spanlos verformt werden.
Durch die Anwendung der Merkmale der Erfindung wird eine Elektrode für elektrische Entladungsstrecken geschaffen, die durch ihre Eigenschaften ein günstiges Ansprechverhalten hinsichtlich Zündspannung, definiertem Arbeitsbereich und Langzeitstabilität aufweist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Funkenstrecke mit Elektroden gemäss der Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Funkenstrecke längs der Linie II-II in Fig. 1.
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In Figur 1 sind auf Elektrodenträgern 1,2, welche den Innenraum eines rohrförmigen Funkenstreckenkörpers 3 abschliessen, Elektroden 4, 5 angeordnet.
]0 Wie der Querschnitt in Figur 2 erkennen lässt, bestehen die Elektroden, z.B. die Elektrode 4, aus einer Kupfermatrix 6, in die 40 Rohre 7 eingelagert, und mit einem Füllstoff 8 gefüllt sind. Die Rohre 7 bestehen aus einem Werkstoff mit verhältnismässig hoher Abbrandfestigkeit, im vorliegenden 15 Ausführungsbeispiel aus Edelstahl. Als Füllstoff 8 wird eine Magnesium-Aluminiumlegierung (Elektron) verwendet.
Die Rohre 7 werden vor der gemeinsamen Verformung mit der feinkörnigen Magnesium-Aluminiumlegierung gefüllt, mit einem Mantelrohr aus Matrix-Material (Kupfer) 20 ummantelt und bei zwischengeschalteter Wärmebehandlung als Verbundkörper durch Ziehen spanlos verformt.
Der ursprüngliche Durchmesser der Doppelrohre beträgt 10 mm bei einer Wandstärke des inneren Edelstahlrohres 25 von 1 mm. Die Wandstärke des umkleidenden Kupferrohres ist mit 3 mm gewählt. Das Endprodukt mit 40 in die Matrix eingelagerten Rohre hat einen Durchmesser von 5 mm.
Die Anordnung der Elektroden in Bezug auf den Elektrodenträger kann in verschiedenerweise erfolgen. Für 30 bestimmte Anwendungszwecke lässt sich auch eine Vielzahl von Elektroden auf einem gemeinsamen Elektrodenträger anbringen.
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1 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

662674 PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrode für eine elektrische Entladungsstrecke, welche aus einem metallischen Verbundwerkstoff besteht, bei dem in einem Matrix-Material von hoher elektrischer Leitfähigkeit Rohre mit hoher Abbrandfestigkeit eingelagert und mit einem Kernmaterial gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial aus einem vom Matrix- und Rohrmaterial (6,7) unterschiedlichen Füllstoff (8) besteht, welcher den Elektronenaustritt aus der Elektrodenoberfläche begünstigt.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (8) wenigstens eine Komponente mit geringerer Austrittsarbeit als Matrix- und Rohrmaterial (6,7) enthält.
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (8) wenigstens eine Komponente aus der Gruppe der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle enthält.
4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (8) Magnesium enthält.
5. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (8) Barium enthält.
6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (8) Aluminium enthält.
7. Elektrode nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (8) eine Magnesium-Aluminiumlegierung enthält.
8. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (8) eine Oxid-Komponente enthält.
9. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (8) in Verbindung mit dem umgebenden Medium eine elektropositive Oberflächenschicht bildet.
10. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff (8) eine radioaktive Komponente enthält.
11. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial (7) aus rostfreiem Edelstahl besteht.
12. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrmaterial (7) Wolfram enthält.
13. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Matrix-Material (6) eine Vielzahl von Rohren (7) eingelagert ist.
14. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrix-Material (6) selektiv aus der Elektrodenoberfläche entfernt ist.
15. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Rohrmaterials (7) unterhalb von 40 Gew.% und der Anteil des Füllstoffs (8) unterhalb von 20 Gew.% des gesamten Verbundwerkstoffes liegen.
16. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Rohre (7) mit Füllstoffkern (8) mit einem Mantel aus Matrix-Material (6) umgeben und zum Verbundwerkstoff gemeinsam spanlos verformt werden.
CH4933/83A 1982-09-10 1983-09-09 Elektrode fuer eine elektrische entladungsstrecke und herstellungsverfahren hierzu. CH662674A5 (de)

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