DE10159260A1 - Elektrode und elektrisches Bauelement mit der Elektrode - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für ein gasgefülltes elektrisches Bauelement mit einer wannenförmigen Vertiefung (1), bei der am Boden (2) der Vertiefung (1) eine Erhebung (3) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Bauelement mit der Elektrode. Die Vertiefung kann mit einer Elektrodenaktivierungsmasse (5) gefüllt sein. Durch die Erhebung (3) wird das Schrumpfen der Elektrodenaktivierungsmasse (5) verringert und die Haftung der Elektrodenaktivierungsmasse verbessert.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Elektrode für ein gasgefülltes elektrisches Bauelement, beispielsweise für einen Überspannungsableiter oder auch eine Schaltfunkenstrecke.
• Es sind aus der Druckschrift CH 652 246 A5 Elektroden für gasgefüllte elektrische Bauelemente bekannt, die eine wannenförmige Vertiefung aufweisen. Um die Lebensdauer des gasgefüllten elektrischen Bauelements, beispielsweise des Überspannungsableiters oder einer Schaltfunkenstrecke zu erhöhen, wird die wannenförmige Vertiefung der Elektrode im Bereich des Hauptentladungsspalts mit einer Elektrodenaktivierungsmasse gefüllt. Für eine, gemessen an Ableitern mit einer 5 × 5 mm Bauform, besonders hohe elektrische Belastbarkeit, beispielsweise eine Stoßstrombelastung von 20 × 5 kA in Form einer unipolaren Welle mit einer Anstiegszeit von 8 µs, die innerhalb von 20 µs wieder auf die Hälfte des Maximalwertes abfällt, werden die wannenförmigen Vertiefungen von Elektroden mit einer großen Menge an Elektrodenaktivierungsmasse gefüllt. Nach dem Befüllen werden die Elektroden üblicherweise an die beiden Enden eines Rohres, das das gasgefüllte Volumen enthält, angelötet. Während des Lötvorgangs kann es passieren, daß sich die Elektrodenaktivierungsmasse zusammenzieht und deren Verbindung zu der Oberfläche der wannenförmigen Vertiefung aufreißt. Die Elektrodenaktivierungsmasse ist dann nicht haftfest und kann sich durch Schütteln oder auch nur aufgrund der Schwerkraft lösen, in den Hauptentladungsspalt fallen und damit das Bauelement unbrauchbar machen.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode anzugeben, die eine erhöhte Betriebssicherheit ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrode nach Patentanspruch 1. Ein Bauelement mit der Elektrode sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Elektrode und des Bauelements sind den weiteren Patentansprüchen zu entnehmen.
• Es wird eine Elektrode für ein gasgefülltes elektrisches Bauelement angegeben, die eine wannenförmige Vertiefung aufweist. Am Boden der wannenförmigen Vertiefung ist eine Erhebung angeordnet.
• Eine solche Elektrode hat den Vorteil, daß die für die in die Vertiefung einzufüllende Elektrodenaktivierungsmasse zur Verfügung stehende Kontaktfläche gegenüber einer einfachen Vertiefung ohne Erhebung vergrößert ist. Dadurch können insbesondere Adhäsionskräfte zwischen der Elektrodenaktivierungsmasse und den Oberflächen der Vertiefung beziehungsweise der Erhebung in der Vertiefung eine verbesserte Haftung der Elektrodenaktivierungsmasse an der Elektrode bewirken.
• Insbesondere erlaubt es die Erfindung, Elektrodenaktivierungsmassen in die Elektrode zu füllen, die einen geringeren Gehalt an aufschmelzenden Anteilen, zum Beispiel KCl aufweisen. Diese Bestandteile in der Elektrodenaktivierungsmasse, die während des Lötens schmelzen, sorgen für eine gute Einbettung und auch eine gute Haftung der Elektrodenaktivierungsmasse in der Vertiefung. Für gasgefüllte elektrische Bauelemente, die hohe Wechselströme ableiten sollen, sind normalerweise leicht aufschmelzende Bestandteile in der Elektrodenaktivierungsmasse ungeeignet, da diese sich meist durch hohe Dampfdrücke auszeichnen und aus der Elektrodenaktivierungsmasse abdampfen. Dadurch wird der Innenraum des elektrischen Bauelements verschmutzt und die Lebensdauer des Bauelements wird reduziert. Die Kondensation auf der Innenwand des Isolatorrohres kann zu einer starken Reduzierung des Isolationswiderstands führen. Demnach ist es ein Bestreben, für Anwendungen bei Ableitströmen Elektrodenaktivierungsmassen zu verwenden, die einen geringen Gehalt an aufschmelzenden Bestandteilen, zum Beispiel KCl aufweisen.
• Vorzugsweise ist die Erhebung in der Mitte der Vertiefung angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß die Elektrodenaktivierungsmasse in Form eines Kranzes in der Vertiefung vorliegt, der nicht mehr in demselben Maße schrumpfen kann, wie wenn er beispielsweise in durchgehender Tablettenform in der Vertiefung vorläge. Die Schrumpfungsbreite ist also durch die Erhebung in der Mitte der Vertiefung verkürzt. Sie entspricht lediglich noch einem Bruchteil des Wertes bei fehlender Erhebung. Dadurch wird die Schrumpfung der Elektrodenaktivierungsmasse beim Verlöten reduziert, was die Stabilität der Elektrode erhöht.
• Die Höhe der Erhebung kann zwischen 50 und 80% der Gesamttiefe der Vertiefung betragen. Eine solche Höhe der Erhebung hat den Vorteil, daß die Form der Elektrodenaktivierungsmasse signifikant von einer Tablette in einen Kranz beziehungsweise Ring umgeformt werden kann. Darüber hinaus hat eine solche Höhe den Vorteil, daß die Erhebung nicht über die Oberseite der Vertiefung hinaus ragt und somit die Elektrodenaktivierungsmassen-Füllung an ihrer Oberseite nicht durch die Erhöhung unterbrochen ist. Dadurch kann die Elektrodenaktivierungsmasse ihre Funktion der Erhöhung der Lebensdauer optimal erfüllen.
• Die Grundfläche der Erhebung beträgt zwischen 20 und 50% der Fläche des Bodens der Vertiefung. Eine solche Abmessung der Grundfläche der Erhebung hat den Vorteil, daß auf der einen Seite die Erhebung in signifikantem Ausmaß vorhanden ist und auf der anderen Seite die Erhebung nicht zu groß ist, so daß ausreichend Elektrodenaktivierungsmasse in der Vertiefung Platz findet.
• Die Elektrode kann vorteilhafterweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Eine solche rotationssymmetrische Elektrode hat den Vorteil, daß sie besonders einfach herzustellen ist.
• Die Erhebung kann einstückig an dem Boden der Vertiefung angeformt sein. Dies hat den Vorteil, daß für die Herstellung der Elektrode nicht zwei verschiedene Elemente zusammengefügt werden müssen. Dadurch ist die Elektrode besonders leicht und kostengünstig herstellbar.
• Der Boden und die Seitenwand der Vertiefung der Elektrode können einstückig in die Elektrode eingeformt sein. Dies hat den Vorteil, daß zur Ausbildung der Vertiefung keine weiteren Elemente, die an der Elektrode befestigt werden müßten, notwendig sind. Dadurch ist die Elektrode einfach und kostengünstig herstellbar.
• Desweiteren wird eine Elektrode angegeben bei der die Vertiefung mit einer Elektrodenaktivierungsmasse gefüllt ist. Die Elektrodenaktivierungsmasse bedeckt dabei die Erhebung.
• Desweiteren kann die Elektrode vorteilhafterweise an der Außenseite einen ringförmigen Flansch aufweisen, der das Befestigen der Elektrode an einem den Grundkörper eines gasgefüllten Bauelements bildenden Röhrchens erleichtert.
• Desweiteren kann die Elektrode vorteilhafterweise mittels eines Preßwerkzeugs hergestellt sein. Dies gelingt insbesondere dadurch, daß sowohl die Erhebung als auch die Vertiefung einstückig in die Elektrode integriert sind. Die Fertigung der Elektrode mittels eines Preßwerkzeugs hat den Vorteil, daß die Fertigung einfach und kostengünstig erfolgen kann.
• Desweiteren wird ein elektrisches Bauelement angegeben mit einem Rohr, das mit einem Gas gefüllt ist. An den Enden des Rohrs ist jeweils eine der beschriebenen Elektroden befestigt.
• Ein solches elektrisches Bauelement hat den Vorteil, daß dadurch ein Überspannungsableiter oder auch eine Schaltfunkenstrecke realisiert werden kann. Dabei ist insbesondere darauf zu achten, daß das von dem Rohr umschlossene Gasvolumen von den Elektroden abgedichtet wird.
• Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Elektroden mit dem Rohr verlötet sind.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Elektrode in einem schematischen Querschnitt.
• Fig. 2 zeigt beispielhaft ein elektrisches Bauelement in einem schematischen Querschnitt.
• Fig. 1 zeigt eine Elektrode, die beispielsweise aus Kupfer gefertigt sein kann. Die Elektrode weist auf der Oberseite eine Vertiefung 1 auf. Die Vertiefung 1 hat die Form einer Wanne. Der Boden 2 der Vertiefung 1 ist mit einer Erhebung 3 versehen. Die Höhe H der Erhebung 3 ist kleiner als die Tiefe T der Vertiefung 1. Die Grundfläche G der Vertiefung beträgt etwa ein Drittel der Fläche F des Bodens 2 der Vertiefung 1. In die Vertiefung 1 ist eine Elektrodenaktivierungsmasse 5 gefüllt. Sie bedeckt die Erhebung 3. Als Elektrodenaktivierungsmasse 5 kommt beispielsweise eine Mischung verschiedener Silikate, Halogenide mit gegebenenfalls Metallzusätzen in Betracht. Eine solche Elektrodenaktivierungsmasse 5 verlängert die Lebensdauer von gasgefüllten elektrischen Bauelementen, beispielsweise von Überspannungsableitern oder Schaltfunkenstrecken, in denen die beschriebene Elektrode als Endelektrode eingesetzt wird.
• Die Elektrodenaktivierungsmasse 5 wird pastös in die Vertiefung 1 eingebracht. Beim Auflöten der Elektrode auf den Keramik-Grundkörper eines gasgefüllten elektrischen Bauelements härtet die Elektrodenaktivierungsmasse aus und bildet einen sogenannten "Sinterkeks". Um die Elektrode leicht an dem Ende eines Rohres befestigen zu können, weist die Elektrode noch einen ringförmigen Flansch 6 auf.
• Der Boden 2 und die Seitenwand 4 der Vertiefung 1 sind integraler Bestandteil der Elektrode. Ebenfalls ist die Erhebung 3 integraler Bestandteil der Elektrode beziehungsweise der Vertiefung 1. Durch die Erhebung 3 wird die Elektrodenaktivierungsmasse 5 im Querschnitt betrachtet in zwei Bereiche unterteilt, die jeweils für sich einem geringeren Schrumpf ausgesetzt sind, als eine Elektrodenaktivierungsmasse 5, die durchgehend die Vertiefung 1 ohne Erhebung 3 bedecken würde. Dadurch kann die Haftung und die Stabilität der Elektrodenaktivierungsmasse 5 in der Elektrode verbessert werden.
• Eine beispielhafte Abmessung der Elektrode liegt bei 4 bis 6 mm Flanschdurchmesser.
• Die Erhebung 3 kann beispielsweise eine Höhe von 0,3 mm aufweisen. Die Tiefe T der Vertiefung 1 kann beispielsweise eine Größe von 0,5 mm aufweisen.
• Fig. 2 zeigt ein elektrisches Bauelement, das ein Rohr 7 aufweist. Das Rohr 7 kann beispielsweise ein Keramikröhrchen sein. An den beiden Enden des Rohres 7 sind Elektroden 9, 10 befestigt, die entsprechend dem Beispiel aus Fig. 1 ausgeführt sein können. Die Elektroden 9, 10 sind auf die Enden des Rohres 7 aufgelötet und dichten den innerhalb des Rohres 7 befindlichen Hohlraum ab. Innerhalb des Rohres befindet sich ein Gas 8, das beispielsweise Argon sein kann. Durch die in Fig. 2 beschriebene Anordnung kann beispielsweise ein Überspannungsableiter oder auch eine Schaltfunkenstrecke realisiert sein.
• Die Erfindung ermöglicht es auch, die Elektrodenaktivierungsmasse vor dem Auflöten der Elektroden in der Vertiefung anzuordnen. Der durch die erfindungsgemäße Ausformung der Erhebung 3 kann die Gefahr des Herausfallens der Elektrodenaktivierungsmasse verringert werden.

Claims (12)

1. Elektrode für ein gasgefülltes elektrisches Bauelement
mit einer wannenförmigen Vertiefung (1),
bei der am Boden (2) der Vertiefung (1) eine Erhebung (3) angeordnet ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, bei der die Erhebung (3) in der Mitte der Vertiefung (1) angeordnet ist.

3. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Höhe (H) der Erhebung (3) zwischen 50 und 80% der Tiefe (T) der Vertiefung (1) beträgt.

4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Grundfläche (G) der Erhebung (3) zwischen 20 und 50% der Fläche (F) des Bodens (2) der Vertiefung (1) beträgt.

5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Erhebung (3) einstückig am Boden (2) der Vertiefung (1) angeformt ist.

7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Boden (2) und die Seitenwand (4) der Vertiefung (1) einstückig in die Elektrode eingeformt sind.

8. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Vertiefung (1) mit einer Elektrodenaktivierungsmasse (5) gefüllt ist, die die Erhebung (3) bedeckt.

9. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die an der Außenseite einen ringförmigen Flansch (6) aufweist.

10. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die mittels eines Preßwerkzeugs hergestellt ist.

11. Elektrisches Bauelement
mit einem Rohr (7), das mit einem Gas (8) gefüllt ist und
an dessen Enden Elektroden (9, 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 befestigt sind.

12. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 11, bei dem die Elektroden (9, 10) mit dem Rohr (7) verlötet sind.