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Niederdruck-Funkenstrecke Kondensator-Batterien großer Lageenergie
und Ladespannung werden, wenn eine kleine Induktivität und eine hohe Stromanstiegsgeschwindigkeit
im Entladungskreis gefordert wird, aus parallelgeschalteten Einheiten kleiner Lageenergie
zusammengesetzt. Aus Sicherheits- und Induktivitätsgründen erhält dabei im allgemeinen
jede Einheit ihren eigenen Schalter. Dadurch ergibt sich das Problem, daß eine große
Zahl von Schaltern gleichzeitig betätigt werden und nach vielen Schaltvorgängen
noch spannungsfest sein muß.
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Die Verzögerungszeit eines Schalters, d. h. die Zeit vom Fußpunkt
des Auslösesignals bis zum Beginn des Laststromanstiegs, setzt sich aus einem konstanten
Betrag und einer Streuzeit zusammen. Da der konstante Anteil in den meisten Fällen
durch eine Vorhaltezeit kompensiert werden kann, reduziert sich das Problem darauf
Schalter mit möglichst kleiner Streuzeit und auch nach wiederholter Betätigung hinreichend
hoher Spannungsfestigkeit zu finden.
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Für Kondensator-Stoßentladungen haben getriggerte Hochdruck-Funkenstrecken
verbreitet Anwendung gefunden. Ihr Arbeitspunkt liegt rechts vom Paschen-Minimum
der Zündspannung, d. h. in dem Gebiet, in dem nach dem Paschen-Gesetz die Zündspannung
angenähert proportional zu dem Produkt aus Gasdruck der Funkenstrecke und dem Elektrodenabstand
ansteigt. Hochdruck-Funkenstrecken haben eine kleine Funkenaufbau- und Streuzeit,
sofern die günstigsten Betriebsbedingungen eingehalten werden. Die Nachteile der
Hochdruck-Funkenstrecke sind ein großer Elektrodenabbrand, eine hohe Induktivität
und eine starke Lärmentwicklung.
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An Stelle der Hochdruck-Funkenstrecken werden in Entladungskreisen
auch Ignitrons (zündstiftgesteuerte Gasentladungsventile) als Schalter verwendet.
Ihr Arbeitspunkt liegt links vom Paschen-Minimum der Zündspannung, d. h. in einem
Gebiet, in dem schon bei kleiner Erniedrigung des Produktes aus dem Gasdruck der
Funkenstrecke und dem Elektrodenabstand die Zündspannung stark erhöht wird (und
umgekehrt). Ignitrons sind für Spannungen bis etwa 20 kV und Ströme von etwa 75
kA geeignet. Ihre Selbstinduktion beträgt etwa 40 nH und die mittlere Lebensdauer
liegt bei etwa 40 000 Entladungen. Die Lebensdauer ist normalerweise dadurch begrenzt,
daß der Zündwiderstand allmählich auf weniger als 1 a abfällt und das Ignitron sich
schließlich nicht mehr regenerieren läßt. Nicht mehr regenerierbare Ignitrons können,
da es sich um abgeschmolzene Systeme handelt, nicht mehr gebrauchsfähig gemacht
werden. Von Nachteil sind weiterhin ihre niedrige Strombelastbarkeit und hohe Induktivität.
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Zum Schalten hoher Ströme bei großer Spannung sind auch schon Niederdruck-Funkenstrecken
verwendet worden. Diese bestehen im allgemeinen aus zwei ebenen Elektroden, die
sich in geringem Abstand (etwa 2 cm) gegenüberstehen. Die Elektroden sind elektrisch
voneinander isoliert, und zwar einerseits durch ein Gas unter vermindertem Druck,
z. B. Luft von 0,01 Torr, und andererseits durch einen Hohlzylinder aus Isoliermaterial,
der die Elektroden in dem vorgegebenen Abstand hält und gleichzeitig die Wand des
Entladungsgefäßes bildet. Das Produkt aus Elektrodenabstand und Gasdruck muß, da
der Arbeitspunkt der Niederdruckfunkenstrecke ebenso wie der der Ignitrons links
vom Paschen-Minimum liegt, so klein sein, daß die zu schaltende Spannung die Entladung
nicht selbst zündet.
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Eine Niederdruck-Funkenstrecke kann dadurch gezündet werden, daß in
Kathodennähe mittels einer Hilfsentladung, der sogenannten Zünd- oder Trigger-Entladung,
die Elektronendichte stoßartig erhöht wird. Zur Erzeugung der Trigger-Entladung
ist eine spezielle Funkenstrecke, die sogenannte Zünd- oder Trigger-Funkenstrecke,
vorgesehen. Die Streuung der Verzögerungszeit der aus Trigger-und Schalt-Funkenstrecke
bestehenden Anordnung hängt, sofern die Trigger-Funkenstrecke in der Kathode angebracht
ist, nur von der Streuung der Triggerentladung ab.
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Mit bekannten Trigger-Funkenstrecken aus zwei parallelen Wolframdrähten
von z. B. 0,75 mm Durchmesser und 0,7 mm Abstand, die in ein
keramisches
Isolierrohr eingebettet waren, und die mit ihren Enden über die Stirnfläche der
Keramik und über die Elektrodenoberfläche in den Entladungsraum hineinragten, konnten
Streuzeiten von etwa 10 nsec erzielt werden. Diese, wenn auch kleine Streuzeit,
reicht für neuere Anwendungen, bei denen Impulse von 1 Essec Dauer oder weniger
geschaltet werden müssen, bei weitem nicht aus.
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Hat die Schaltfunkenstrecke gezündet, so verdampft Elektrodenmaterial.
Die Menge des verdampfenden Materials ist abhängig von der Art des Elektrodenmaterials
und der durch die Strecke hindurchgeflossenen absoluten Ladungsmenge. Der Metalldampf
schlägt sich zum Teil auf den Elektroden und zum Teil auf dem Isolator nieder; dadurch
wird der Isolationswiderstand des letzteren herabgesetzt. Dies führt unter ungünstigen
Umständer dazu, daß die Strecke nach wenigen Entiac:b@rgen nicht mehr spannungsfest
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nederdruck-Funkenstrecke
hoher Strombelastbar-1>eit und Spannungsfestigkeit bei hohem Ladungsschaltvei7n:ögcn
mit sehr kleiner Streuung der Verzögerungszeit zu schaffen. Das Elektrodenmaterial
soll selbst nach langer und hoher Strombelastung nur geringe Erosion zeigen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Niederdruck-Funkenstrecke, die
aus einer Schaltfunkenstrecke mit gegenüberliegenden und gegeneinander isolierten
Elektroden und einer Zündfunkenstrecke in der Kathode besteht. Die Erfindung besteht
darin, daß die Elektroden der Schaltfunkenstrecke aus einem Metall mit gegenüber
den Betriebstemperaturen der Elektroden hohem Verdampfungspunkt und aus einem gut
wärmeleitenden Metall zusammengesetzt sind, daß das Isoliermaterial zwischen den
Elektroden der Schaltfunkenstrecke aus einem schlecht wärmeleitenden Material besteht,
welches den beim Betrieb entstehenden Metalldampf chemisch zu elektrisch nichtleitenden
Stoffen bindet, und daß zwischen den Zündelektroden der Zündfunkenstrecke eine halbleitende
Gleitoberfläche für den Zündfunken vorgesehen ist. Weiterhin ist die entladungsseitige
Oberfläche des Isolators zwischen den Elektroden der Schaltfunkenstrecke der Größe
der zu schaltenden absoluten Ladungsmenge angepaßt, derart, daß die bei einer Entladung
frei werdende und pro Flächeneinheit auf die Isolatoroberfläche auftreffende Wärmemenge
ausreicht, um die Oberfläche mindestens auf die Temperatur zu bringen, die zur chemischen
Reaktion des Isolatormaterials mit dem auftreffenden Metalldampf zu elektrisch nichtleitenden
Stoffen minimal erforderlich ist. Insbesondere soll die Wärmemenge gerade groß genug
sein, um den Isolator oberflächlich, z. B. glasartig, zu erweichen. Unter »oberflächlich«
wird in diesem Sinne eine Schicht von größenordnungsmäßig ein bis mehrere Mikron
Dicke verstanden. Die zum Eintreten der genannten chemischen Reaktion nötigen Temperaturen
richten sich im wesentlichen nach den Erweichungsbereichen der verwendeten Isolatoren.
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Die während des Betriebes aus den Elektroden verdampfte Metallmenge
wird dadurch klein gehalten, daß die Elektrodenoberflächen aus einem Metall bestehen,
welches selbst bei hoher Strombelastung nur geringe Erosion zeigt. Das Material
kann z. B. ein Sintermetall sein. Die Elektroden der Schaltfunkenstrecke und ebenso
die der Zündfunkenstrecke können z. B. ein Durchdringungsverbundmetall sein. Ein
solches besteht aus einer ersten hochschmelzenden und bei Lichtbogenbeanspruchung
abbrandfesten Gerüstkomponente, deren Poren von einer gut wärmeleitenden zweiten
Komponente durchdrungen sind. Es kann dabei auch von zwei ineinanderliegenden Gerüsten
gesprochen werden. Statt eines Durchdringungsverbundmetalls kann für die Elektroden
auch ein Einlagerungsverbundmetall verwendet werden. Bei letzteren Materialien ist
die zweite Komponente nur in den nach außen geöffneten Poren der Gerüstkomponente
eingelagert. Das Einlagerungsverbundmetall kann mit einem Schwamm verglichen werden,
dessen nach außen geöffnete Poren nach Eintauchen in eine Flüssigkeit zwar mit dieser
gefüllt sind, bei dem jedoch die inneren, abgeschlossenen Poren trocken bleiben.
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Für beide Arten von Verbundmetallen sowie für die El_ekiroden der
Niederdruck-Funkenstrecke überhaupt sind als schwerschmelzende bzw. schwerverdampfende
Metalle, z. B. Wolfram, Rhenium oder Molybdän, geeignet. Die gut wärmeleitenden
Metalle können unter anderem Kupfer oder Silber sein. Ein gut geeignetes Elektrodenmaterial
ist ein Durchdringungsverbundmetall mit einer Gerüstkomponente aus Wolfram, die
von Kupfer durchdrungen ist.
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Diese Elektrodenmaterialien haben sich unter anderem wegen der ihnen
eigentümlichen Verdampfungskühlung bewährt. Besteht beispielsweise eine Elektrode
aus Wolfram und Kupfer, so gibt es einen Temperaturbereich, in dem das Kupfer schon
zu verdampfen beginnt, aber das Wolfram noch nicht schmilzt. Durch die beginnende
Verdampfung wird Wärme verbraucht und daher das Wolfram gekühlt. Da die beiden Metalle
sich gegenseitig umgeben - abgesehen von der Oberfläche - wird die Elektrode also
wieder gekühlt und die Verdampfung abgebremst. Auch wird die Kühlung der Elektrode
durch die gute Wärmeleitung des Kupfers beschleunigt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Oberfläche des Isolationsmaterials
zwischen den Elektroden und der Größe von dessen entladungsseitiger Oberfläche bleibt
der Isolationswiderstand auch nach sehr langem Betrieb der Zündfunkenstrecke unverändert
hoch. Der Isolator zwischen den Elektroden, das ist, abgesehen von den Elektroden,
das Entladungsgefäß, kann z. B. aus Keramik bestehen. Es eignen sich unter anderem
Porzellan, Steatit und eukryptithaltige Keramiken. Eine wichtige Voraussetzung ist,
daß das Isolatormaterial eine schlechte Wärmeleitung hat, so daß es bei der Entladung
eine höhere Temperatur erhält als die Elektroden; dadurch wird erreicht, daß das
aus den Elektroden verdampfende Metall sich im wesentlichen wieder auf den Elektroden
selbst niederschlägt.
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Von dem Isolatormaterial wird im wesentlichen gefordert, daß es aus
den Elektroden verdampftes und auf ihm auftreffendes Metall bei den Betriebstemperaturen
zu elektrisch nichtleitenden Stoffen chemisch bindet. Dazu wird die entladungsseitige
Oberfläche des Entladungsgefäßes zweckmäßig nur so groß gewählt, daß selbst bei
der kleinsten Belastung (die für die Funkenstrecke vorgesehen ist)
die
vom Plasma stoßartig an die Isolatoroberfiäche übergehende Wärme ausreicht, um die
genannte chemische Reaktion zu ermöglichen. Ist das Isolationsmaterial Steatit (Magnesium-Silikat),
so bilden sich bei dieser chemischen Reaktion vor allem Metallsilikate, und der
Isolationswiderstand zwischen den Elektroden bleibt auch nach vielen Schaltvorgängen
unverändert. Hat das Entladungsgefäß beispielsweise die Form eines Zylinders, dessen
Wandung durch den Isolator und dessen Deckel und Boden durch die Elektroden gebildet
sind, so ist für die genannte entladungsseitige Oberfläche des Entladungsgefäßes
im wesentlichen dessen Radius von Bedeutung. Die Zylinderlänge spielt hierbei eine
geringere Rolle. Die Länge bestimmt gemäß dem Paschen-Gesetz in erster Linie die
Art der Entladung, d. h., ob eine Niederdruckentladung möglich ist oder eventuell
nur eine Hochdruckentladung stattfinden kann. Bei relativ großer Länge des Entladungszylinders,
bei der gerade noch eine Niederdruckentladung möglich ist, ergibt sich der Vorteil,
daß von den Elektroden stammendes Metall nur auf die Bereiche des Hohlzylinders
auftrifft, die den Elektroden benachbart sind. In diesem Falle bleibt also im allgemeinen
die mittlere Zone des Hohlzylinders zwischen den Elektroden unverändert.
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Hat der hohe Isolationswiderstand und damit die Spannungsfestigkeit
der Funkenstrecke durch zu geringe thermische Belastung der Isolatoroberfläche abgenommen,
so läßt sich der elektrische Wert durch einige Formierungsentladungen mit hoher
Stromstärke wieder herstellen.
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Erfindungsgemäß wird die zur Zündung der Niederdruckentladung notwendige
Elektronendichte vor der Kathode mit kleiner zeitlicher Streuung durch einen Gleitfunken
hergestellt. Dieser schlägt zwischen einer in der Kathode isoliert angebrachten
Zündelektrode über ein als Gleitoberfläche dienendes Halbleitermaterial zur Kathode
über. Als Halbleitermaterial können unter anderem Oxydhalbleiter der Mischphase
ZnXCdl _ x0, Siliziumkarbid oder ähnliche hoch wärmefeste Halbleiter verwendet werden.
Ihr Mindestwiderstand soll je nach Anwendungszweck zwischen 1 kP und 1 MSI oder
höher liegen. Der in der Formel für den Oxydhalbleiter angegebene Index liegt im
allgemeinen etwa bei 0,5.
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Die Ausbildung der Trigger-Funkenstrecke als Gleitfunkenstrecke mit
Halbleitergleitfläche bewirkt, daß die zum Aufbau des Triggerfunkens nötige Energie
sehr klein ist, z. B. 1 bis 2 mWs. Fernerhin ist der Funkenüberschlag bei Spannungen
bis herab zu 1000 V noch sicher möglich, und die mittlere Streuung der Funkenverzögerung
liegt oberhalb 5 kV Ladespannung der Triggerspannungsquelle unterhalb einer nsec.
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Die Anordnung des Halbleiter-Gleitfunkens in der Kathode der Schaltfunkenstrecke
hat den Vorteil, daß die Streuung der vom Fußpunkt der Trigger-Spannungswelle bis
zum Beginn des Laststromanstiegs der Schaltfunkenstrecke gemessenen Verzögerungszeit
gleich der Streuung der Trigger-Funkenstrecke ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Niederdruck-Funkenstrecke
liegt darin, daß die Streuzeit von deren Trigger-Funkenverzögerung für kleinere
Entladungsdrucke als etwa 0,03 Torr Luft unabhängig vom Druck ist. Weiterhin ist
die Streuzeit über mehrere Größenordnungen praktisch unabhängig vom Widerstand des
Halbleitermaterials zwischen den Trigger-Elektroden und damit unempfindlich gegen
Verunreinigungen, die sich durch die Entladung der Schaltfunkenstrecke auf der Halbleiteroberfläche
niederschlagen.
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Bei Belastung der Schaltfunkenstrecke durch große Ströme über längere
Zeit ist es, um die Erosion des Halbleiters klein zu halten, zweckmäßig, die Trigger-Funkenstrecke
nicht im Zentrum der Kathode, sondern exzentrisch anzuordnen. Es können auch mehrere
Triggerstrecken gleichmäßig auf den Umfang des Kreises innerhalb des Durchmessers
des Entladungsgefäßes angebracht werden. Die Triggerstrecken werden dann aus einer
gemeinsamen Impulsspannungsquelle über getrennte Zuleitungen gespeist. Damit ist
der weitere Vorteil verbunden, daß eine zur Evakuierung des Entladungsraumes dienende
Pumpleitung durch das Zentrum der Kathode in die Funkenstrecke geführt werden kann.
Diese Pumpleitung kann dann als Expansionsmöglichkeit für das Entladungsplasma verwendet
werden, wenn der Plasmadruck zu groß wird. Auf diese Weise wird das Entladungsgefäß
vor Zerstörungen durch Plasmaüberdruck geschützt. Werden mehrere Triggerstrecken
in der angegebenen Weise verwendet, so zündet die Entladung in der Nähe der Gefäßwand
und wird durch eigenmagnetische Kompressionen von den Triggerstrecken weg zur Achse
des Entladungsgefäßes getrieben.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden an Hand
einer Zeichnung Ausführungsbeispiele beschrieben; es zeigt F i g. 1 die mittlere
Streuung der Verzögerungszeit eines Halbleiter-Gleitfunkens, F i g. 2 eine Charakteristik,
betreffend die Verzögerungszeit einer erfindungsgemäßen Niederdruck-Funkenstrecke,
F i g. 3 einen Schnitt durch eine Niederdruck-Funkenstrecke, F i g. 4 einen vergrößerten
Schnitt durch die Halbleiter-Trigger-Funkenstrecke gemäß F i g. 3, F i g. 5 einen
Schnitt durch eine Niederdruck-Funkenstrecke mit zentralem Pumpstutzen, F i g. 6
ein Beispiel einer Schaltung, in der Niederdruck-Funkenstrecken verwendet sind.
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F i g. 1 zeigt die mittlere Streuzeit Q der Funkenverzögerung eines
Halbleiter-Gleitfunkens nach der Erfindung als Funktion der Ladespannung U, der
Trigger-Spannungsquelle. Die mittlere Streuzeit j ist in nsec und die Ladespannung
U, in kV angegeben. Die der Kurve entsprechenden Streuzeiten sind Meßbeispielen
entnommen und stellen keine prinzipielle untere Grenze dar. Die Streuzeiten können
durch induktivitätsarmen Aufbau des die Trigger-Spannung erzeugenden Impulsgenerators
unterschritten werden.
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F i g. 2 gibt für eine erfindungsgemäße (aus Halbleiter-Trigger und
Schaltfunkenstrecke bestehende) Anordnung den Bruchteil , (in olo) von N Zündversuchen
als Funktion der Zeit t (nsec) an, der zur Zeit t noch nicht zu einem Durchbruch
der Entladung geführt hat. Die F i g. 2 ist eine in der Statistik der Zündverzüge
übliche halblogarithmische Darstellung. Die Verteilung der Verzögerungszeiten
ergibt
eine Funkenaufbauzeit tA von etwa 47,8 nsee und eine mittlere Streuzeit ö von 0,3
nsec. Die Halbleiter-Trigger-Funkenstrecke hat die gleiche mittlere Streuzeit.
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Bei den in den F i g. 3 bis 5 schematisch dargestellten Funkenstrecken
handelt es sich um demontierbare Koaxialfunkenstrecken, deren ebene Elektroden durch
einen Steatithohlzylinder elektrisch isoliert in vorgegebenem Abstand parallel zueinander
gehalten werden. Das Entladungsvolumen ist mit Luft unter vermindertem Druck, z.
B. 0,03 Torr, gefüllt, derart, daß bei Anlegen der zu schaltenden Spannung an die
Elektroden die Entladung nicht selbständig zündet und eine Druckverminderung eine
Zunahme der Spannungsfestigkeit bewirkt. Die Funkenstrecken werden im Betriebszustand
durch den Druck der Atmosphäre und eventuell durch nicht gezeichnete Spannvorrichtungen
zusammengehalten.
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In F i g. 3 ist etwa in natürlicher Größe ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäß ausgebildeten Niederdruck-Funkenstrecke schematisch gezeichnet.
Der Schnitt enthält die Achse der Funkenstrecke. Diese Schaltfunkenstrecke ist mit
Ausnahme des Pumpstutzens rotationssymmetrisch und besitzt eine zentrisch angeordnete
Trigger-Funkenstrecke. Der Entladungsraum 1 wird durch den Steatitzylinder 2, die
Kathode 3 und die Anode 4 gebildet. Die Oberfläche der Elektroden besteht im Beispiel
aus Wolfram-Kupfer-Scheiben 5 und 6. Der vakuumdichte Abschluß des Entladungsraumes
gegen die Atmosphäre erfolgt mittels sogenannter O-Ringdichtungen 7 und B. Diese
werden ihrerseits gegen die heißen Entladungsgase durch Keramikwülste 9 und
10 geschützt, welche in entsprechende Nuten in den Elektroden hereinragen.
Das Entladungsvolumen 1 steht über dem Pumpstutzen 11 mit einer nicht gezeichneten
Vakuumpumpe sowie einer Gaseinlaß- und Druckmeßvorrichtung in Verbindung, wodurch
ein vorgegebener Druck aufrechterhalten wird. Im Zentrum der Kathode ist eine Halbleiter-Trigger-Funkenstrecke
12 angebracht, die an Hand der F i g. 4 näher erläutert wird. Die Zündung der Trigger-Funkenstrecke
erfolgt in bekannter Weise durch einen Spannungsstoß aus einem nicht gezeichneten
Impulsgenerator. Der Entladungsstrom wird der Kathode koaxial vom Flansch 13 über
den zylindrischen Leiter 14 zugeführt. Zwischen diesem Leiter 14 und dem Steatitzylinder
2 befindet sich der Isolator 15, um den Kriechweg vom Flansch zur Anode, zwischen
denen die zu schaltende Spannung anliegt, zu verlängern.
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Die F i g. 4 zeigt einen die Rotationsachse enthaltenden Längsschnitt
durch ein schematisch gezeichnetes Ausführungsbeispiel einer Halbleiter-Trigger-Funkenstrecke
12 gemäß F i g. 3. In einem abgesetzten metallischen Hohlzylinder
17 steckt ein entsprechend geformter zentral durchbohrter Isolator
18, der beispielsweise aus Steatit bestehen kann. Auf einer Stirnfläche des
Isolators 18 ist im Beispiel eine Halbleiterscheibe 19 wärmefest aufgekittet. Letztere
kann z. B. aus Zink-Cadmium-Oxyd bestehen. Der Isolator 18 wird mit seiner
Halbleiterstirnfläche 19 durch die überwurfmutter 20 über die O-Ringdichtung
21 gegen den schneidenförmig zulaufenden Anschlagring 22 aus Wolfram-Kupfer
gepreßt. In der zentralen Bohrung des Isolators 18 befindet sich eine metallische
Zugstange 23 mit tellerförmigem scharfrandigem Kopf 24 aus gut wärmeleitendem
und auch bei den Betriebstemperaturen wenig verdampfendem Material, z. B. aus Wolfram-Kupfer.
Der Kopf wird durch den von der Mutter 25 auf die Stange 23 ausgeübten Zug gegen
die Halbleiterscheibe 19 gepreßt. Der Kopf 24 und der Anschlagring 22 bilden
die Elektroden und die Halbleiterscheibe 19 die Gleitfläche des Trigger-Funkens.
Die Mutter 25 preßt weiterhin eine sogenannte O-Ringdichtung 26 über die Scheibe
27 und den überwurf 28 vakuumdicht an den Isolator 18 und die Zugstange
23. Der Zylinder 17 ist an seinem unteren Ende mit einem Gewinde 29 versehen,
mit dem die Trigger-Funkenstrecke unter Zwischenlage einer O-Ringdichtung 16 in
F i g. 3 in die Kathode der Niederdruck-Funkenstrecke eingeschraubt wird.
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Die F i g. 5 stellt unter Verwendung der gleichen Bezeichnungen eine
ähnliche Anordnung wie F i g. 3 dar, jedoch mit zentralem Pumpstutzen
11 und zwei außerhalb der Achse angebrachten Trigger-Funkenstrecken
12.
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In F i g. 6 ist ein Beispiel einer Schaltung gezeichnet, bei dem erfindungsgemäß
ausgebildete Funkenstrecken verwendet werden können. Die Niederdruck-Funkenstrecken
sind mit 40 bis 42 bezeichnet, sie werden mittels der Trigger-Elektroden
43 bis 45 gezündet. Die Zündung erfolgt durch ein Signal aus einem Impulsgeber 46.
Mit 47 bis 49 sind die Eigeninduktivitäten (im allgemeinen 5 bis 10 nH) der entsprechenden
Funkenstrecken bezeichnet. Vor der Zündung der Funkenstrecken werden die mit ihnen
in Reihe liegenden Kondensatoren 50 bis 52 (z. B. 30 J pro Funkenstrecke) über die
Widerstände 53 bis 55 aus einer Hochspannungsquelle 56 (z. B. 20 kV) aufgeladen.
Die Widerstände 53 bis 55 können z. B. Werte in der Größenordnung von 100 k9 haben.
Bezüglich der zu schaltenden Last 57 sind die Funkenstrecken 40 bis 42 parallelgeschaltet.
Der Last 57 kann, insbesondere wenn die Last ein Gasentladungsgefäß ist, ein Shunt
58 parallel geschaltet sein. Letzterer kann z. B. einen Wert von 1 MQ haben.
Die Trigger-Funkenstrecken sind bei 59 geerdet.
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Die in F i g. 6 angegebene Last kann z. B. die Arbeitsspule einer
Magneform-Maschine sein. Bei derartigen Maschinen werden Schalter benötigt, die
in der Lage sind, Kondensatorbatterien großer Ladeenergie und Ladespannung zu einem
genauen Zeitpunkt und mit kleiner Streuzeit zu entladen.
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Bei der Hochgeschwindigkeits-Umformung nach dem Magneform-Verfahren
wird eine Kondensatorbatterie über eine Arbeitsspule entladen. Um ein gegebenes
Umformproblem lösen zu können, soll in der Kondensatorbatterie eine hinreichend
große elektrische Energie gespeichert sein. Der Lastschalter im Entladekreis wird
dabei meist so dimensioniert, daß er den Maximalwert des Entladestromes für eine
ausreichend große Zahl von Arbeitsspielen führen kann. Nach der vorangegangenen
Beschreibung der erfindungsgemäß ausgebildeten Niederdruck-Funkenstrecke und den
an sich bekannten Eigenschaften von Magneform-Maschinen ist es ersichtlich, daß
die erfindungsgemäßen Niederdruck-Funkenstrecken als Lastschalter für Magneform-Maschinen
besonders geeignet sind.
Erfindungsgemäß ausgebildete Niederdruck-Funkenstrecken
können dabei sowohl zum Einschalten der Arbeitsspule dienen als auch zum Kurzschließen
derselben verwendet werden. Bei dem Magneform-Verfahren ist es sehr vorteilhaft,
die Arbeitsspule im ersten Strommaximum kurzzuschließen; dann klingt der Strom in
der Spule exponentiell ab. Dabei bleibt der Spulenstrom länger über dem zur Verformung
notwendigen Mindesstrom als bei periodischem Verlauf des Spulenstromes.
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Bei einer Reihe von plasmaphysikalischen Vorrichtungen wurde die erfindungsgemäße
Niederdruck-Funkenstrecke ebenfalls zur Entladung großer Kondensatorbatterien und
zum Kurzschluß der Last im Strommaximum mit großem Erfolg angewendet.
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Auch beim sogenannten Hydrosparkverfahren, bei dem metallische Werkstücke
durch die Stoßwellen von unter Wasser gezündeten Funken verformt werden, kann die
erfindungsgemäße Niederdruck-Funkenstrecke als Lastschalter und/oder Kurzschlußschalter
Anwendung finden.