DE19741658A1 - Gasgefüllte Entladungsstrecke - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektronischen Bauele­ mente und ist bei der Gestaltung von gasgefüllten Entladungs­ strecken mit wenigstens zwei Elektroden anzuwenden, bei denen zur Sicherstellung der Zünd-, Brenn- und Löscheigenschaften auf wenigstens eine der Elektroden eine aus mehreren Kompo­ nenten bestehende Elektrodenaktivierungsmasse aufgebracht ist.

Um bei mit Edelgas gefüllten Entladungsstrecken wie Funken­ strecken oder Überspannungsableitern das jeweils gewünschte Betriebsverhalten wie Zündspannung, Ansprechzeit, statische Ansprechspannung und dynamische Ansprechspannung, Löschspan­ nung und Glimmbrennspannung zu gewährleisten, müssen unter­ schiedliche Maßnahmen wie konstruktive Gestaltung der Elek­ troden, Art und Druck der Gasfüllung und Auswahl der auf den aktiven Oberflächen der Elektroden angeordneten Aktivierungs­ masse aufeinander abgestimmt werden. Zur Erzeugung definiti­ ver Verhältnisse ist es dabei weiterhin üblich, auf der In­ nenwand des Glas- oder Keramik-Isolators einen oder mehrere Zündstriche anzuordnen und gegebenenfalls eine spezielle Io­ nisationsquelle, beispielsweise eine punktförmige Ablagerung aus einem radioaktiven Material, vorzusehen. Um eine gasför­ mige Entladungsstrecke so auszubilden, daß sie auch ohne Ver­ wendung einer zusätzlichen Ionisationsquelle eine sehr gerin­ ge Zündverzögerung im dunklen Raum aufweist, ist bereits die Verwendung einer aus mehreren Komponenten bestehenden Elek­ trodenaktivierungsmasse bekannt, die außer der üblichen Ba­ siskomponente in Form eines oder mehrerer Alkali- oder Erdal­ kali-Halogenide und/oder Natrium- und/oder Kaliumsilikat in einer Menge von 30 bis 60 Gew.-% als weitere Komponenten eine Bariumverbindung und ein sogenanntes Übergangsmetall in me­ tallischer Form wie beispielsweise Titan in einer Menge von jeweils 5 bis 25 Gew.-% und eine Oxydverbindung aus Cäsium und einem sogenannten Übergangsmetall wie beispielsweise Wolfram, also Cäsium-Wolframat (Cs₂WO₄) in einer Menge von ebenfalls etwa 5 bis 25 Gew.-% enthält. Bei Verwendung einer derartigen Elektrodenaktivierungsmasse hat sich gezeigt, daß die Zünd­ spannung der ersten Zündung nach 24-stündiger Dunkellagerung der Entladungsstrecke innerhalb der von den Benutzern derar­ tiger Entladungsstrecken geforderten Bandbreite liegt (DE 197 01 816 A1).

Für gasgefüllte Entladungsstrecken wie Funkenstrecken oder Überspannungsableiter werden üblicherweise Elektroden aus ei­ ner Nickel-Eisen- oder einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung oder aus Kupfer eingesetzt. Es ist üblich, die äußere Ober­ fläche dieser Elektroden nach dem Verlöten der Elektroden mit dem Isolator und noch vor der Durchführung weiterer Arbeits­ gänge wie Anschweißen von Anschlußdrähten und Durchführung von Prüfungen zum Schutz gegen Oxidation zu vernickeln. Hier­ zu werden gleichzeitig eine Vielzahl von Entladungsstrecken nach dem Lötprozeß als Ganzes einer galvanischen Behandlung unterzogen (WO 90/90 03 677/EP 0 436 529 B1).

Ausgehend von einer gasgefüllten Entladungsstrecke mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Herstellungsprozeß von radioaktivfreien Entladungsstrecken mit geringer Zündverzöge­ rung im dunklen Raum zu vereinfachen und dabei den Anforde­ rungen an höchste Ansprüche bezüglich der Konstanz der elek­ trischen Werte dieser Entladungsstrecken zu genügen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Elektroden der Entladungsstrecke sowohl auf ihre au­ ßerhalb des Entladungsraumes als auch auf ihrer innerhalb des Entladungsraumes liegenden Oberfläche mit einer Nickelschicht versehen sind, deren Schichtdicke wenigstens 5 µm beträgt, und daß die Elektrodenaktivierungsmasse außer Titan zusätz­ lich Nickel in metallischer Form enthält.

Die Erfindung sieht also einerseits vor, für die in Rede ste­ henden Entladungsstrecken ganz vernickelte Elektroden zu ver­ wenden. Diese Vernickelung kann erfolgen, bevor die einzelnen Elektroden für den Zusammenbau zur Entladungsstrecke verein­ zelt werden. Diese frühzeitige Vernickelung der Elektroden ermöglicht es, die Entladungsstrecke als Ganzes in wenigen Arbeitsschritten, die zeitlich unmittelbar hintereinander ab­ laufen können, herzustellen. Der fließende Herstellungspro­ zeß, bei dem Einzelteile in mehreren Herstellungsschritten einzeln behandelt werden (Aufbringen einer Aktivierungsmasse auf die Elektroden, Zusammenfügen von Isolator und Elektro­ den, Entgasen, Löten, Bedrucken, Anschweißen von Anschluß­ drähten, Durchführung von Messungen) wird also nicht durch einen artfremden Herstellungsschritt unterbrochen. Dies wirkt sich günstig auf die Herstellungskosten aus. - Andererseits berücksichtigt die Erfindung, daß die Ganzvernickelung der Elektroden nicht ohne Einfluß auf die elektrischen Eigen­ schaften der Entladungsstrecke bleibt, weil im Gasraum der Entladungsstrecken die Oberfläche der Elektroden nicht mehr von einer Kupfer- oder Nickel-Eisen-Schicht, sondern von ei­ ner Nickelschicht gebildet wird. Um diesen Einfluß zu stabi­ lisieren, ist vorgesehen, daß die Nickelschicht eine Mindest­ dicke aufweist, damit die Nickelschicht nicht bei Entladungs­ vorgängen partiell vollständig abgetragen wird und daß für die Elektrodenaktivierungsmasse als Basismaterial ein Kalium- oder Natrium-Silikat ausgewählt ist und die Elektrodenakti­ vierungsmasse als Komponente des in metallischer Form vorlie­ genden Übergangsmetalles außer Titan auch Nickel enthält, um die Fixierung der Elektrodenaktivierungsmasse auf den Elek­ trodenoberflächen im Hinblick auf Wechselstrombelastungen mit 20 A, Stoßstrombelastungen von 20 kA und bezüglich der Le­ bensdaueranforderungen zu gewährleisten. Eine möglichst ge­ ringe Nickelabtragung bei Entladungsvorgängen kann noch da­ durch unterstützt werden, daß für die Gasfüllung reines Argon oder ein Gemisch aus Argon und Neon verwendet wird. Weiterhin wirkt sich hierfür eine möglichst niedrige Brennspannung gün­ stig aus. Eine Optimierung der Brennspannung und auch der Löscheigenschaften sowie der Bereitstellung von Ladungsträ­ gern läßt sich im übrigen durch eine Zugabe eines Alkalihalo­ genids oder eines Alkaliborates zu der Elektrodenaktivie­ rungsmasse als weiterer Komponente in eine Menge von 5 bis 15 Gew.-% erzielen.

Ein Ausführungsbeispiel der neuen Entladungsstrecke in Form eines Überspannungsableiters ist in der Figur dargestellt.

Der Überspannungsableiter besteht aus den beiden napfförmig gestalteten Elektroden 1 und 2 aus Kupfer, die stirnseitig in einen Keramikisolator 3 eingelötet sind. Vor dem Einlöten sind die Elektroden 1 und 2 durch eine galvanische Behandlung auf ihrer gesamten Oberfläche mit einer Nickelschicht 11 ver­ sehen worden, die eine Dicke von etwa 6 µm aufweist.

Die aktiven Oberflächen der Elektroden 1 und 2 sind mit einer Aktivierungsmasse 4 beschichtet, die in oberflächliche Ver­ tiefungen der Elektroden eingebettet ist. Bei dieser Aktivie­ rungsmasse handelt es sich um eine Masse auf der Basis von Alkali oder Erdalkali-Silikaten, beispielsweise einer Mi­ schung von Natriumsilikat und Kaliumsilikat mit Anteilen von jeweils 20 Gew.-%. Als weitere Komponenten sind eine Barium­ verbindung wie Barium-Aluminium in einer Menge von 20 Gew.-%, Titan und Nickel als Übergangsmetall in metallischer Form in einer Menge von jeweils 10 Gew.-%, eine Oxidverbindung aus Cä­ sium und Wolfram in einer Menge von ebenfalls 10 Gew.-% und ein Natriumtetraborat in einer Menge von ebenfalls 10 Gew.-% vorgesehen.

Der Überspannungsableiter ist im übrigen mit einer Gasfüllung 5 auf der Basis von Argon oder Argon und Neon versehen.

Auf die Innenwand des Isolators 3 sind noch Graphitzündstri­ che 6 aufgebracht, bei denen es sich um sogenannte Mittel­ zündstriche handelt, die an keine der beiden Elektroden ange­ bunden sind. Anstelle von Mittelzündstrichen können auch an die eine oder abwechselnd an beide Elektroden angebundene Zündstriche eingesetzt werden.

Claims (3)

1. Gasgefüllte Entladungsstrecke wie Funkenstrecke oder Über­ spannungsableiter mit wenigstens zwei Elektroden und mit ei­ ner auf wenigstens eine Elektrode aufgebrachten Elektroden- Aktivierungsmasse auf der Basis von Natrium- und/oder Kalium- Silikat, die als weitere Komponenten eine Barium-Verbindung, Titan in metallischer Form und eine Oxydverbindung aus Cäsium und einem sogenannten Übergangsmetall enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2) sowohl auf ihrer außerhalb des Ent­ ladungsraumes als auch auf ihrer innerhalb des Entladungsrau­ mes liegenden Oberfläche mit einer Nickelschicht (11) verse­ hen sind, deren Schichtdicke wenigstens 5 µm beträgt und daß die Elektrodenaktivierungsmasse (4) außer Titan zu­ sätzlich Nickel in metallischer Form enthält.

2. Entladungsstrecke nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenaktivierungsmasse (4) Titan und Nickel zu etwa gleichen Anteilen enthält.

3. Entladungsstrecke nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenaktivierungsmasse (4) als weitere Komponen­ te ein Alkalihalogenid oder ein Alkaliborat in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-% enthält.