DE1237199B

DE1237199B - Funkenstrecke

Info

Publication number: DE1237199B
Application number: DEU11337A
Authority: DE
Inventors: John Christopher Martin
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1964-01-03
Filing date: 1964-12-31
Publication date: 1967-03-23

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIh

Deutsche Kl.: 21c-35/07

U 11337 VIII d/21 c
31. Dezember 1964
23. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf Funkenstrecken mit mindestens einer Hauptelektrode und zwei zusätzlichen Elektroden, zwischen denen eine Koronaentladung erzeugt wird, um dadurch den Durchschlag der Hauptfunkenstrecke einzuleiten.

Bisher war die zeitliche Ansprechgenauigkeit von Schaltern der Gasentladungsstreckengattung schwer beherrschbar. Es war üblich, einen großen Zündimpuls von hoher Energie zu verwenden, um einen gewissen Grad der Genauigkeit zu erzielen. Bei manchen Schaltern dieser Art wird der Zündimpuls einer Zündelektrode übermittelt, um einen elektrischen Durchschlag zwischen der Zündelektrode und einer Schaltelektrode als Folge einer Korona-Initialzündung zu verursachen. Durch diesen Durchschlag wird die ganze Spannung dem Spalt zwischen der Zündelektrode und der anderen Schaltelektrode übermittelt, und die Hauptgasentladung wird dann eingeleitet.

Beispiele koronagezündeter Funkenstrecken sind die Funkenstrecken, die von Kemp in »Electrical Engineering«, September 1962, auf S. 682 in bezug auf F i g. 2 beschrieben sind und die Wilkinson-Funkenstrecke, die in Fig. 184 auf S. 188 aus »High Voltage Laboratory Techniques« von C r a g g s und Meek dargestellt ist. In diesen beiden Funkenstrecken bilden die koronaerzeugenden Elektroden eine Hilfsfunkenstrecke, die durch Zündimpuls- und Spannungszusammenbruch spannungsüberladen werden, wobei der Bereich zwischen Zündelektrode und einer Hauptelektrode von der sich ergebenden Korona durchstrahlt wird. Dieser Durchstrahlungsvorgang ist verhältnismäßig wirkungslos wegen der geometrischen Begrenzung und der Durchschlag der koronaerzeugenden Funkenstrecke benötigt einen Zündimpuls von relativ hoher Spannung. Darüber hinaus benötigt die koronaerzeugende Hilfsfunkenstrecke eine Einregelung und einen Aufbau. Solche Vorrichtungen bedingen eine innere Verzögerung, weil die Spannung an der Zündelektrode Zeit benötigt, um anzusteigen, nachdem die Hilfsfunkenstrecke zusammengebrochen ist, was zu einer Unsicherheit in der Zeitbestimmung bzw. Zeitgabe des Hauptfunkenstreckenzusammenbruchs führt.

Das schweizerische Patent 302 293 zeigt eine selbstzündende Funkenstrecke, in welcher die Korona wiederum von einer Hilfsfunkenstrecke erzeugt wird und somit die Nachteile aufweist, die in bezug auf die Kempschen und Wilkinsonschen Funkenstrecken erörtert wurden.

Die Erfindung sieht eine Form eines koronagezündeten Funkenstreckengerätes vor, in welchem keine koronaerzeugende Hilfsfunkenstrecke vorgesehen Funkenstrecke

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

John Christopher Martin, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 3. Januar 1964 (430)

ist, welche eine Einregelung benötigt und in die Hauptfunkenstreckenentladung einbezogen wird; auf diese Weise sind nur geringe Zündenergien erforderlich. Darüber hinaus wird die Korona im Bereich hoher Feldstärke erzeugt, und zwar in der Hauptfunkenstrecke selbst, um das absolute Minimum der Verzögerung sicherzustellen. Die Erfindung erlaubt so einen größeren Sicherheitsspielraum zwischen der Arbeitsspannung und der Zusammenbruchspannung der Hauptfunkenstrecke.

Das erfindungsgemäße Funkenstreckengerät ist dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden zusätzlichen Elektroden die eine eine Zündelektrode ist, die eine scharfe Kante aufweist und in der Hauptfunkenstrecke der Hauptelektrode direkt gegenüberliegt, während die andere der zusätzlichen Elektroden eine feldbildende Elektrode ist, die gegenüber der scharfen Kante durch ein dünnes Blatt aus festem, dielektrischem Material abgeschirmt ist derart, daß beim Anlegen einer Zündspannung zwischen der Zündelektrode und der feldbildenden Elektrode eine starke Koronaentladung an der scharfen Kante der Zündelektrode im Bereich des hohen elektrischen Feldes zwischen der Zündelektrode und der Hauptelektrode erzeugt wird, um so einen Durchschlag zwischen den beiden letzteren Elektroden zu bewirken.

709 520/293

3 4

Die zusätzlichen Elektroden können einen Bauteil Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie Π-ΙΙ

aufweisen, der mit einer Oberfläche zur Hauptelektrode von Fig. 1,

hingewendet und elektrisch leitend über mindestens F i g. 3 ein Diagramm einer ein Paar der erfin-

einen Teil der Oberfläche sein kann, wobei dieser Teil dungsgemäßen Funkenstrecken verwendenden Schal-

die das Feld bildende Elektrode darstellt, und einen 5 tung,

scharfkantigen Leiter, der über diesem Abschnitt liegt, F i g. 4 einen schematischen Längsschnitt einer

aber gegen diesen durch die dielektrische Schicht abgeänderten Ausführungsform der Zündanordnung,

isoliert ist, um so die Zündelektrode zu bilden. Der F i g. 5 einen schematischen Aufriß einer weiteren

genannte Bauteil kann aus Isoliermaterial bestehen, Art einer von außen gezündeten Funkenstrecke nach

wobei der genannte Teil ein dünnes leitendes Blech ίο der Erfindung,

oder Blatt ist, das auf diesen Bauteil aufgebracht ist. F i g. 6 und 7 Perspektivansichten von Zünd-

Die genannte Oberfläche kann konvex sein, und der elektrodenanordnungen, die in der Funkenstrecke von

scharfkantige Leiter kann dünner Draht oder Vorzugs- F i g. 5 verwendet sind,

weise ein dünnes leitendes Band auf der dielektrischen F i g. 8 eine Abänderungsform der Funkenstrecke

Schicht sein. 15 von Fig. 5,

Eine bevorzugte Ausführungsform der Funken- F i g. 9 eine Perspektivansicht einer abgeänderten

strecke weist zwei Hauptelektroden auf, die im wesent- Ausführungsform einer Zündelektrodenanordnung,

liehen sphärische Oberflächen der Zündanordnung Fig. 10 eine Perspektivansicht einer selbstgezün-

zuwenden, wobei erfindungsgemäß der scharfkantige deten Funkenstrecke mit der Anordnung gemäß

Leiter als dünnes leitendes Band ausgebildet ist, das 20 Fig. 9,

im wesentlichen in einer gemeinsamen diametralen F i g. 11 ein Schaltbild einer Verzögerungsschal-Ebene der sphärischen Oberflächen und senkrecht zu tung, die die in Fig. 10 gezeigte Funkenstrecke dieser angeordnet ist. Bei einer abgeänderten Aus- aufweist, während

führungsform ist das dünne leitende Blatt oder Blech Fig. 12 einen schematischen Schnitt durch eine

unter einer nicht an der Außenseite befindlichen Zone 25 bevorzugte Form der selbstgezündeten Funkenstrecke

des Bandes in den genannten Bauteil hinein ausgespart, darstellt.'

um die Kapazitanz zwischen Band und Blatt zu ver- Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Funkenstrecke, die

ringern. Ein weiteres dünnes leitendes Blatt kann sich für eine Arbeitsspannung von 40 kV eignet. Die

isoliert zwischen dem ersten dünnen leitenden Blatt Hauptelektroden sind ein Paar von Stahlkugeln 1

und dem Bauteil angeordnet sein, um einen Konden- 30 und 2, die einen Durchmesser von ungefähr 18 mm

sator mit diesem zu bilden. haben und auf Methylmethacrylat-(Perspex-) Stützen 3

Eine andere erfindungsgemäße Ausgestaltungsform und 4 angebracht sind, die auf einer Basis 5 stehen,

weist ein Paar sphärischer Hauptelektroden auf, die Im gleichen Abstand von den Stützen 3 und 4 und

im wesentlichen sphärische Oberflächen zu der Zünd- parallel zu diesen ist eine ähnliche Stütze 6 angeordnet,

anordnung hinwenden, wobei ein laminarer oder 35 deren Abstand von den Kugeln mittels einer Schraube 7

geschichteter leitender Bauteil, der die das Feld bil- einzuregeln ist, die in einen Schlitz 8 in der Basis führt,

dende Elektrode darstellt, zwischen den sphärischen Die Stütze 6, die etwa 25 mm Durchmesser hat,

Oberflächen im wesentlichen senkrecht zu einer ihre bildet einen Teil der Zündanordnung und stützt den

Mittelpunkte miteinander verbindenden Linie ange- folgenden geschichteten Aufbau. Die äußerste Schicht

ordnet ist und wobei der scharfkantige Leiter beide 40 ist eine Zündelektrode 9, die als Kupferband mit einer

Seiten des geschichteten Bauteils umgreift, aber durch Dicke von 0,08 mm und einer Breite von 3,8 mm

die dielektrischen Schichten von diesem isoliert ist. ausgebildet ist, das eng um die konvexe Oberfläche

Bei einer selbstzündenden Funkenstrecke gemäß der der Stütze herum befestigt ist, um zu verhindern, daß

Erfindung kann die das Feld bildende Elektrode es sich im Betrieb von der benachbarten Schicht

elektrisch mit der Hauptelektrode verbunden sein. 45 abhebt. Das Band 9 ist durch ein 0,08 mm dickes

Die Hauptelektrode und der genannte Bauteil können Blatt 10 aus Polyethylenterephthalat (Mylar) gegen

zylindrische Oberflächen in Abständen parallel zuein- eine rechtwinklige feldbildende Kupferelektrode 11

ander einander zuwenden. Der Bauteil kann elektrisch von gleicher Dicke isoliert, die sich ungefähr halbwegs

leitend sein, um so die das Feld erzeugende Elektrode um die Stütze 6 herum erstreckt. Die Elektrode 11 ist

zu bilden, und der scharfkantige Leiter kann als 50 durch ein Blatt 12, ähnlich dem Blatt 10, gegen ein

dünner Draht ausgebildet sein. weiteres Kupferblatt 13 von ähnlichen Abmessungen

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der selbst- isoliert, die mit der Stütze selbst in Kontakt ist. Es ist zündenden Funkenstrecke ist die Zündelektrode eine ersichtlich, daß das Band 9 in einer gemeinsamen dünne leitende Schicht mit einem scharfkantigen Diametralebene der Kugeln liegt, wobei seine Ober-Loch, die das Feld bildende Elektrode ein dünnes 55 fläche senkrecht zu dieser Ebene liegt,
leitendes Blatt, das einen Umfangsabschnitt dieses Im Betrieb ist die das Feld bildende Elektrode 11 Lochs überlappt, und die Hauptelektrode ist dem über eine Lasche 14 mit dem Mittelpunkt einer Loch in kapazitiver Beziehung der das Feld bildenden Potentiometerkette verbunden, die Widerstände 15 Elektrode zugewandt. Vorzugsweise sind das Loch aufweist, welche zwischen die Kugeln 1 und 2 geschal- und die das Feld bildende Elektrode kreisförmig, und 60 tet ist. Das Blatt 13 ist über die Lasche 16 mit der die Hauptelektrode wendet eine im wesentlichen Kugel 2 verbunden. Ein Zündimpuls wird über einen sphärische Oberfläche der das Feld bildenden Elek- 8 : l-Aufwärtsschalttransformator 17 zwischen den trode, im wesentlichen konzentrisch mit dem Loch, zu. Elektroden 9 und 14 übermittelt, von denen die

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie erstere mit einer Lasche 18 versehen ist. Ein Widerbeispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläu- 65 stand 19 ist zwischen die Laschen 14 und 18 geschaltet, tert, und zwar zeigt Im statischen Zustand, wenn nämlich noch kein

F i g. 1 einen teilweise schematischen Aufriß einer Zündimpuls übermittelt ist, hat die Kugel 1 40 kV

erfindungsgemäßen Funkenstrecke, (positiv oder negativ), und die Kugel 2 ist geerdet. Die

5 6

Zündelektrode 9 befindet sich daher auf 20 kV relativ und 26 mit Kugeln V, 1", 2' und 2" und Elektroden 9', zu jeder Kugel, und der Abstand ist so bemessen, daß 9", 11', 11" auf. Die Elektroden 11' und 11" werden dies nicht ausreicht, den Spalt (Funkenstrecke) durch Potentiometerwiderstände 27 und 28 auf +50 zwischen der Elektrode 9 und einer der beiden Kugeln und —50 kV gehalten,
durchzuschlagen. 5 Die Elektroden 9' und 9" sind durch Konden-

Beim Anlegen eines Zündimpulses zwischen die satoren 29 und 30 an gegenüberliegende Enden der Elektroden 9 und 11 wird ein intensives elektrisches Wicklung eines Autotransformators 31 mit einem Feld an den Kanten des Bandes 9 erzeugt, wo es über Luftkern, der im Verhältnis von 5:1 herauftransder Elektrode 11 liegt, da die Trennung zwischen formiert und eine geerdete Mittelanzapfung hat, verihnen so klein ist. Als Ergebnis dieses Feldes bildet io bunden. Die mittleren Windungen dieses Transsich rasch in reichlichem Ausmaß an diesen Kanten formators werden aus einem Impulsgenerator 32 mit eine Koronaentladung. Die Polarität des Zündimpulses Parallelstreifen-Übertragungsleitungen gespeist, der wird so gewählt, daß die stehende Spannung zwischen durch einen Schalter 33 gezündet wird, welcher einen der Elektrode 9 und der Kugel 2 ergänzt wird, und Ausgangsimpuls von 15 kV liefert. Somit werden während der Korona wird der Spalt zwischen dem 15 Zündimpulse mit einer Amplitude von 75 kV und Band 9 und der Kugel 2 überspannt und bricht entgegengesetzten Polaritäten den Elektroden 9'und 9" zusammen. Das Blatt 13 hat die Aufgabe, eine Kapazi- übermittelt.

tanz zwischen der Elektrode 11 und der Kugel 2 zu Da die Streukapazitanz zwischen den Elektroden 11'

bilden, wodurch das Potential der Elektrode 11 und 11" und den Kugeln so gering ist, ist die in während des Impulses stabilisiert wird. Der Wider- 20 Fig. 1 gezeigte Form der Zündanordnung nicht stand 19 dämpft ein etwaiges Überschwingen des geeignet, da nur ein relativ kleiner Bruchteil des über-Zündimpulses ab. mittelten Impulses an der relativ großen Kapazitanz

Durch das elektrische Zusammenbrechen des Spaltes zwischen den Elektroden 9 und 11 erscheinen würde, zwischen der Elektrode 9 und der Kugel 2 wird der Um die letztere Kapazitanz zu verringern, wird die in Spalt zwischen der Elektrode 9 und der Kugel 1 25 F i g. 4 gezeigte Bauweise verwendet, bei der der überspannt (und hat nunmehr 40 kV) und schlägt Abschnitt der Elektrode 11' unmittelbar unter der dadurch durch. Elektrode 9' in einer Aussparung liegt, wobei der

Als die vorstehend beschriebene Funkenstrecke 1,6 mm tiefe Zwischenraum zwischen der Elektrode 11' durch einen Zündimpuls von 8 kV (einen Eingangs- und dem 0,13 mm dicken Blatt 10' mit Polyäthylen 34 impuls von 1 kV zum Transformator 17) mit einer 30 gefüllt ist. Die Peripherie der Elektrode 9', die aus Anstiegszeit von 30 bis 40 Nanosekunden gezündet 0,3 mm Beryllium-Kupfer von ungefähr 20,0 mm wurde, wurde der Zusammenbruch vom Beginn des Breite besteht, überlappt die Kanten der Aussparung Zündimpulses um nur ungefähr 70 verzögert. Das um nur ungefähr 1,3 mm. Durch diese Bauweise wird Schwanken (d. h. die Abweichungen um diese Zahl die Kapazitanz zwischen den Elektroden auf einen herum) betrug nur 5 Nanosekunden. Durch Verwen- 35 niedrigen Wert reduziert, während aber weiterhin das dung eines Zündimpulses von 12 kV konnte die intensive Feld an den Kanten der Elektrode 9' zur Schaltungenauigkeit auf ungefähr 1 Nanosekunde Erzeugung der Korona gebildet wird. (Alternativ kann verringert werden. Die Anstiegszeit des Stroms in das Blatt 11' umfangsmäßig in zwei Hälften unterteilt einem Kabel mit 50 Ohm, das eine Außenbelastung sein, wobei die innere Kante jeder Hälfte gerade unter darstellte, betrug 7 bis 8 Nanosekunden. Die Eingangs- 40 dem Band 9' liegt; diese Bauweise ist jedoch wegen kapazität zwischen den Elektroden 9 und 11 beträgt der an den scharfen Innenkanten auftretenden Wirnur ungefähr 3OpF, und somit ist die erforderliche kungen weniger günstig.) Durch die Widerstände 35 Energie in dem Zündimpuls sehr gering im Vergleich und 36 mit den hohen Werten wird das Potential der zu anderen Gasschaltern (Ignitrone, Thyratrone usw.) Elektroden 11' und 11" vor dem Zünden der Funkenmit einer vergleichbaren Leistung. 45 strecken auf 50 kV gehalten. Die Kugeln haben einen

Es sind auch Funkenstrecken von ähnlicher Konfi- Durchmesser von etwa 100 mm und sind ungefähr guration aber mit größeren Abmessungen bei 100 kV 25 mm von den Elektroden 9' und 9" entfernt. Die verwendet worden. In diesem Fall kann man jedoch Verzögerung zwischen der Erzeugung der Transdas Blatt 13 nicht zur Stabilisierung des Potentials der formatorimpulse und dem Durchschlagen der Funken-Elektrode 11 während des Zündimpulses verwenden, 50 strecken betrug ungefähr 200 Nanosekunden, wobei und man kann auch keinen getrennten Kondensator die Schaltungenauigkeit ungefähr 10 Nanosekunden für den Zweck wie in anderen Ausführungsformen der ausmachte.

Erfindung verwenden, die noch beschrieben werden, In Fig. 5 sind die Kugeln 101 und 102 an gegen-

da bei solchen Anordnungen eine zerstörend hohe überliegenden Seiten der Zündanordnung angeordnet. Spannung an der Isolation zwischen den Elektroden 9 55 Die letztere weist eine dünne Kupfer-Zündelektrode 109 und 11 entstehen kann, wenn die Funkenstrecke auf, die eine laminare bzw. geschichtete feldbildende zusammenbricht, da diese Kapazitanz geladen bleibt. Elektrode 111 umgibt, aber wie zuvor von dieser durch Man kann jedoch als Kapazitanz die Streukapazitanz ein dünnes Blatt aus Mylar von ihr getrennt ist. verwenden, die zwischen der Elektrode 11 und der Typische Formen für die Elektroden 109 und 111 sind Kugel 2 an der Funkenstrecke vorhanden ist, die 5o in den Fig. 6 und 7 gezeigt, in welchen das 0,05 mm automatisch durch den Zusammenbruch der Funken- dicke Mylarblatt der Übersichtlichkeit halber wegstrecke entladen wird. F i g. 3 zeigt eine Schaltung, gelassen ist. Die Elektrode 111 wird mittels Widerdie in dieser Weise arbeitet. ständen 115 auf einem geeigneten Potential zwischen

Diese Schaltung weist zwei Speicherkondensatoren 20 denjenigen der Elektroden 101 und 102 gehalten. Wie und 21 auf, die über Widerstände 22 und 23 auf 65 zuvor erfolgt, wenn ein Zündimpuls zwischen den +100 und —100 kV aufgeladen werden, die in eine Elektroden 109 und 111, z. B. über einen TransBelastung 24 entladen werden. Die Schaltung ist formatorll7, wie gezeigt, übermittelt wird, eine symmetrisch zu Erde und weist zwei Funkenstrecken 25 Koronaentladung an den Kanten der Elektrode 109

als Ergebnis des an dieser erzeugten intensiven Feldes, Der Mindestzündimpuls, der für die Strecke A

wodurch der Spalt zwischen der Elektrode und der erforderlich ist, kann wie folgt errechnet werden:

Kugel 101 durchschlägt, wodurch wiederum die Die Spannungseinheit an der Strecke beträgt

andere Hälfte des Hauptspaltes durchschlägt. Ein

getrennter Kondensator 113 stabilisiert das Potential 5 Qg^ /

der Elektrode 111 während des Zündimpulses in der ' / + 1

bereits beschriebenen Weise.

Es hat sich herausgestellt, daß bei einer 10-kV- Die gesamte Mindestspannungseinheit, die für ein

Funkenstrecke dieser Gattung, die bei 80% ihrer rasches Durchschlagen erforderlich ist, beträgt

Durchschlagspannung (einer sicheren Arbeitsspan- io

nung) arbeitet, für ein Minimum der Zündspannung ^ ^5 f

und ein rasches Arbeiten (ungefähr 50 Nanosekunden ' / + 1
Verzögerung) die beiden Hälften der Funkenstrecke

nicht gleichweit voneinander im Abstand angeordnet Die Zahl der Spannungseinheiten, die durch den

sein sollten und auch nicht gleiche Spannungen haben 15 Zündimpuls geliefert werden müssen, beträgt bzw.

sollten. Das Verhältnis zwischen Durchschlagspannung betragen

der Funkenstrecke und angelegter Spannung wird auf /

2:1 eingestellt, und es ist Vorsorge getroffen, daß der "⁵^ ^f ^\ ·
Zündimpuls die richtige Polarität hat, um den Spalt

mit der niedrigeren Durchschlagspannung zu über- ao Da / = 0,35, ist die Mindestzündspannung = 0,078

spannen. Unter diesen Umständen sollte der Zünd- Volteinheiten.

impuls größer als ein Siebentel der gesamten Funken- Dies ist ungefähr ein Zehntel der gesamten Funkenstreckenspannung sein, damit ein rascher, reproduzier- Streckenspannungseinheiten (0,8), und da stets Verbarer Durchschlag entsteht. luste in dem System auftreten, erhöht sich diese Zahl

Der Grund für diese Unsymmetrie kann wie folgt 35 in der Praxis aus ein Siebentel der gesamten Funkenerklärt werden. Streckenspannung.

Es wird angenommen, daß die Durchschlagspannung F i g. 8 zeigt eine ähnliche Funkenstrecke für die

an der Funkenstrecke zwischen den Elektroden 9 und Verwendung bei 100 kV. Die Kugeln 101' und 102'

10 Eins ist und die Funkenstrecke bei 0,85 der Durch- sind größer als für die 10-kV-Funkenstrecke von

schlagspannung als Folge der Koronazündung durch- 30 Fig. 5, und die Durchschlagspannungen der beiden

schlagen soll und daß das Verhältnis der Spannungen Hälften der Funkenstrecke liegen im Verhältnis 3: 4.

an der Funkenstrecke zwischen den Elektroden 10 Die Elektrode 111' ist an einem toroidalen Schutz-

und 12 (mit Funkenstrecke A bezeichnet) und an der ring 116 befestigt, dessen Streukapazität zu den

Funkenstrecke (mit Funkenstrecke B bezeichnet) Kugeln das Potential der Elektroden 111' während

zwischen den Elektroden9 und 12 /: 1 beträgt. 35 des Zündimpulses wie in der Schaltung von Fig. 3

Die Spannungseinheiten an der Funkenstrecke A stabilisiert. Die Elektroden 111' und 109' sind durch

sind 0,5 mm Mylar getrennt, und ein Zündimpuls von

... / „. , . 20kV wird für einen raschen, zuverlässigen Betrieb

0,8S₇^-Einheiten verwendet.

40 Obgleich die Beschreibung der F i g. 5 und 8 sich

und die Spannungseinheiten an der Strecke B auf die Verwendung ungleicher Spannungen an den

beiden Hälften der Funkenstrecke bezieht, ist dies

Q g5 1 Einheiten · keine neue Anordnung, und aus der Beschreibung der

1 + / ' F i g. 1 bis 4 (bei denen den beiden Hälften gleiche

45 Spannungen übermittelt werden) wird man sich ins die Durchschlagspannung der Strecke A beträgt Gedächtnis zurückrufen, daß dies keineswegs ein

wesentliches Erfindungsmerkmal ist.

/ Einheiten ^'^e *ⁿ ^'^g· ⁹ g^ezeigt^e zylindrische Zündanord-

/+1 nung ist eine abgeänderte Form der in den F i g. 1

50 bis 4 gezeigten Anordnungen. Von dem Perspex-

und diejenige der Strecke B zylinder 106 ist ein Segment seiner Oberfläche mit

einem Streifen aus Kupferblech 211 bedeckt, und das

1 Einheiten Ganze ist in ein (nicht gezeigtes) 0,03 mm dickes

1 + / ' Mylar-Blatt gehüllt. Über das Mylar-Blatt ist fCupfer-

55 draht 209 mit einem Durchmesser von 0,13 mm

Wenn die Strecke A durchschlägt, werden 0,85 Volt- gewickelt, durch welchen an dem Mylar in elek-

einheiten der Strecke B übermittelt. trischem Kontakt mit diesem ein Streifen Kupfer-

Die Strecke B schlägt durch, wenn blech 114 befestigt wird. Die Zündspannung wird

zwischen den Streifen 211 und 114 angelegt, wodurch

Q g5 _> 1 60 eine Koronaentladung von diesen Abschnitten des

1 + / Drahtes 209 her entsteht, die über dem Streifen 211

liegen.

und schlägt rasch (3 · 10~⁸ Sekunden) durch, wie Eine Zündanordnung der in F i g. 9 gezeigten

empirisch ermittelt wurde, wenn Gattung ist bei einer Funkenstrecke von 3 kV, wie sie

.j 65 in F i g. 5 und 8 gezeigt ist, verwendet worden. Ein

0,85 = 1,15 , anderes Anwendungsgebiet ist die selbstzündende

1 + / Funkenstrecke, die in Fig. 10 gezeigt ist. Bei

d. h. / = 0,35 ist. diesem Beispiel ist der Zylinder 106' aus Metall, das

mit Mylar (nicht gezeigt) umhüllt ist, wodurch der Streifen 211 der F i g. 9 überflüssig wird. Im Abstand von dem Zylinder 106', aber mechanisch und elektrisch mit diesem durch den Streifen 122 verbunden, ist ein Metallzylinder 121. Die Funkenstrecke ist zwischen den Drähten 209' und dem Zylinder 121 gebildet. Wo sie in der Verzögerungsschaltung von Fig. 11 verwendet wird, sind die Abschnitte der Funkenstrecke von F i g. 9 schematisch, aber mit den gleichen Bezugszeichen, gezeigt.

Gemäß Fig. 11 wird der Kondensator 122 über den Widerstand 126 von einer 3-kV-Lieferquelle her aufgeladen. Die Schaltung wird dadurch gezündet, daß die schnelle Funkenstrecke 125, die von der in den F i g. 5 und 8 gezeigten Gattung ist, gezündet wird, woraufhin der Kondensator 122 sich über den Widerstand 124 mit einer kontrollierbaren Geschwindigkeit entlädt. Wenn die Spannung am Kondensator 122 abfällt, steigt die Spannung zwischen den Drähten 209' und dem Zylinder 121 der selbstgezündeten Funkenstrecke an, bis eine Koronaentladung an der Oberfläche der Drähte stattfindet und die Funkenstrecke bei beispielsweise 1,5 kV durchschlägt. Der Standardfehler in der erzielten Verzögerung beträgt 3 bis 4 % für Verzögerungen bis zu 10 μSQk. und 6 bis 7% für bis zu 1000 aSek.

Eine weitere Form der selbstzündenden Funkenstrecke ist in Fig. 12 gezeigt. Sie weist ein dünnes Kupferblech 309 mit einem kreisförmigen Loch 350 auf. Eine kreisförmige Elektrode 311, die ebenfalls aus dünnem Kupferblech besteht, ist von dem Blech.309 durch ein dünnes Mylar-Blatt 310 getrennt, und das Ganze liegt auf einem Isolierblock 306. Der Durchmesser der Elektrode 311 ist etwas größer als derjenige des Loches 350, so daß am Umfang eine Überlappung von 0,5 bis 2,5 mm erfolgt. Gegenüber dem Mittelpunkt des Lochs ist eine Kugel 321 angebracht, deren Abstand von dem Loch durch eine Schraube 322 verstellt werden kann.

Im Betrieb wird das Potential des Bleches 309 konstant, d. h. auf Erde, gehalten, und ein steigendes Potential wird an die Kugel 321 angelegt. Wenn das Potential der Kugel steigt, hebt die Kapazitanz zwischen ihr und dem Blech 311, welche elektrisch schwebend ist, das Potential des letzteren relativ zum Blech 309 an und erzeugt eine Koronaentladung an dem scharfkantigen Umfang des Loches 350. Schließlich wird der Spalt zwischen der Kugel 321 und dem Blech 309 in Gegenwart der Koronaentladung überspannt, und es erfolgt ein Durchschlag zwischen der Kugel und der Kante des Loches. Bei einer Funkenstrecke, die bei 25 kV durchschlagen sollte, hatte die Kugel 322 einen Durchmesser von ungefähr 25 mm, die Bleche 309, 310 und 311 waren 0,08 mm dick, und das Loch 350 hatte einen Durchmesser von ungefähr 6,3 mm. Der Abstand zwischen der Kugel und den Blechen betrug ungefähr 10 mm. Die Stabilität dieser Funkenstrecke ist die gleiche wie die gemäß F i g. 10.

Statt sich auf den Kapazitativpotentialteiler zu verlassen, der durch die Kapazitanzen zwischen der Kugel 321 und dem Blech 311 und zwischen dem Blech 311 und dem Blech 350 gebildet ist, um das Potential des Bleches 311 zu bestimmen, kann auch ein Resistivpotentialteiler zwischen die Speisung zur Kugel 321 und Erde geschaltet sein, um dies zu bewirken. Eine derartige Anordnung eignet sich besonders für Funkenstrecken, die mit den niedrigeren Spannungen arbeiten.

Claims

Patentansprüche:

1. Funkenstrecke mit mindestens einer Hauptelektrode und zwei zusätzlichen Elektroden, zwischen denen eine Koronaentladung erzeugt wird, um dadurch den Durchschlag der Hauptfunkenstrecke einzuleiten, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden zusätzlichen Elektroden die eine eine Zündelektrode (9) ist, die eine scharfe Kante aufweist und in der Hauptfunkenstrecke der Hauptelektrode (2) direkt gegenüberliegt, während die andere der zusätzlichen Elektroden eine feldbildende Elektrode (11) ist, die gegenüber der scharfen Kante durch ein dünnes Blatt (10) aus festem, dielektrischem Material abgeschirmt ist derart, daß beim Anlegen einer Zündspannung zwischen der Zündelektrode (9) und der feldbildenden Elektrode (11) eine starke Koronaentladung an der scharfen Kante der Zündelektrode (9) im Bereich des hohen elektrischen Feldes zwischen der Zündelektrode (9) und der Hauptelektrode (2) erzeugt wird, um so einen Durchschlag zwischen den beiden letzteren Elektroden (9, 2) zu bewirken.

2. Funkenstrecke nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß die feldbildende Elektrode (11) eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist, die der Hauptelektrode (2) gegenüberliegt, und die Zündelektrode (9) aus einem scharfkantigen Stromleiter besteht, der auf der genannten Oberfläche aufliegt, gegen diese jedoch durch ein dielektrisches Blatt (10) isoliert ist.

3. Funkenstrecke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feldbildende Elektrode (11) aus einem dünnen leitfähigen Blatt besteht und auf einem Stützteil (6) aus Isoliermaterial aufliegt.

4. Funkenstrecke nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Zündelektrode (9) konvex ist.

5. Funkenstrecke nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der scharfkantige Leiter als dünner Draht (209) ausgebildet ist.

6. Funkenstrecke nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der scharfkantige Leiter ein dünnes stromleitendes Band ist.

7. Funkenstrecke nach Anspruch 3 oder 4 mit zwei Hauptelektroden, die der Zündelektrode im wesentlichen kugelförmige Oberflächen darbieten, dadurch gekennzeichnet, daß der scharfkantige Leiter (9) ein dünnes stromleitendes Band ist, das im wesentlichen in einer gemeinsamen Diametralebene der kugelförmigen Oberflächen (1, 2) senkrecht zu dieser angeordnet ist.

8. Funkenstrecke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dünne leitende Blatt (H') unter einem nicht am Umfang liegenden Bereich des Bandes (9') in den Stützteil hinein eingespart ist, um die Kapazitanz zwischen dem Band und dem Blatt zu verringern.

9. Funkenstrecke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres dünnes leitendes Blatt (13) isoliert zwischen dem dünnen leitenden Blatt (11) und dem Stützteil (6) angeordnet ist, um mit diesem einen Kondensator zu bilden.

10. Funkenstrecke nach Anspruch 2 mit einem Paar von Hauptelektroden, die der Zündelektrode im wesentlichen kugelförmige Oberflächen hinwenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein laminarer leitender Körper (111), der die das Feld

709 520/293

bildende Elektrode darstellt, zwischen den kugelförmigen Oberflächen (101, 102) im wesentlichen senkrecht zu einer Linie angeordnet ist, die ihre Mittelpunkte miteinander verbindet, wobei der scharfkantige Leiter (109) beide Seiten des laminaren Bauteils umfaßt, aber von diesem durch dielektrische Schichten isoliert ist.

11. Selbstzündende Funkenstrecke mit einer Funkenstrecke nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die feldbildende Elektrode (106') elektrisch mit der Hauptelektrode (121) verbunden ist.

12. Funkenstrecke nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrode (121) und der genannte Stützteil (106') einander konvexe Oberflächen im Abstand parallel zueinander zuwenden.

13. Funkenstrecke nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützteil (106') elektrisch leitend ist, um die das Feld bildende Elektrode darzustellen, und daß der scharfkantige Leiter ein dünner Draht (209') ist.

14. Selbstzündende Funkenstrecke mit einer Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Zündelektrode ein dünnes leitendes Blatt (309) ist, das ein scharfkantiges Loch (350) aufweist, wobei die feldbildende Elektrode ein dünnes leitendes Blatt (311) ist, das einen Umfangsbereich des Loches überlappt, und daß die Hauptelektrode (321) dem Loch in kapazitiver Beziehung zur feldbildenden Elektrode zugewandt ist.

15. Selbstzündende Funkenstrecke nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (350) und die feldbildende Elektrode (311) rund sind und die Hauptelektrode (321) eine im wesentlichen kugelförmige Oberfläche der feldbildenden Elektrode im wesentlichen konzentrisch zum Mittelpunkt des Loches darbietet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschriften Nr. 255 823, 302 293; Buch von LJ. C r a g g s und LM. Meek, »High Voltage Laboratory Technique, Verlag Butterworths Scientific Publications, London;

Zeitschrift »Electrical Engineering« vom September 1962, S. 681/682.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen