DE2227767C3 - Gasentladungsschalteinrichtung - Google Patents

Description

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Be-30 seitigung des genannten Nachteils.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gas- Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt,

entladungsschalteinrichrungen. eine Gasentladungsschalteinrichtung mit erhöhter

Bekannt sind Gasentladungsschalteinrichtungen Strombelastungsfähigkeit zu entwickeln, die den Einmit hohler, als eine geschlossene Kammer ausge- satz dieser Gasentladungsschalteinrichtung an Stelle führter Katode, und mit in dieser Kammer angeord- 35 der Parallelschaltung von mehreren Gasentladungsneter Anode (siehe DT-PS 1 257 291), die heutzutage Schalteinrichtungen gestattet.

in verschiedenen physikalischen Versuchs- und In- Diese Aufgabe wird bei einer Gasen tladungs-

dustrieanlagen Verwendung finden. Bei Strömen von schalteinrichtung mit einem Gasdruck, der dem Hnuber 100 kA und einer Impulsdauer von unter 100... ken Zweig der Zündkennlinie entspricht, welche eine 200 μ5 verlieren diese Einrichtungen die Ventilwir- 40 als eine geschlossene Entladekammer ausgeführte ^^ngj^lnr^{den Fällen}'^{in denen die} Ventilwirkung nicht hohle Katode, eine innerhalb dieser Kammer angeerforderlich ist, das heißt beim Schwingentladungs- ordnete Anode und ein Mittel zum Zünden der betneb, lassen sie jedoch eine zuverlässige Schaltung Lichtbogenentladung enthält, erfindungsgemäß davon Strömen bis 300...35OkA bei einer Spannung durch gelöst, daß die Entladekammer durch eine von 5 kV zu. Diese Betriebsart der Gasentladungs- 45 Scheidewand in mindestens zwei Entladekammern Schalteinrichtungen hat beispielsweise in Anlagen zum getrennt ist und daß die Gasentladungsschalteinrich-Formieren und Schweißen von Metallen mit Hilfe tung mit mindestens einer weiteren Anode versehen (des Magnetfeldes Verwendung gefunden. ist, welche derart angeordnet ist, daß sich innerhalb

Wie die Erfahrungen des Einsatzes solcher Einrich- jeder der Entladekammern eine Anode befindet, tungen in Stromkreisen mit geringer Induktivität ge- 50 Zweckmäßig werden die Entladekammern derart jteigt haben, übersteigt die maximale Stromgröße im ausgeführt, daß sie miteinander kommunizieren. Impuls, die aus Gründen der Elektrodenerhaltung Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines

zugelassen wird, 200 bis 30OkA bei einer Impuls- Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die dauer von 20 bis 100 \is. Bei Amplituden der Ströme, Zeichnungen erläutert. Es zeigt die diese Werte übersteigen, kommt es zu einer inten- 55 F i g. 1 Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen $iven Zerstörung der Elektroden, die von einer er- Gasentladungsschalteinrichtung in Längsschnitt, höhten Gasausscheidung begleitet wird. Im Ergebnis F i g. 2 Konfiguration des magnetischen Impuls-

Vernngern sich die elektrische Festigkeit der Gasent- feldes in der Entladekammer,

ladungsschalteinrichtung und ihre Lebensdauer. Wenn F i g. 3 Schema der Einschaltung der erfindungs-

Inan die Stromamplitude erhöhen muß, ist man daher 60 gemäßen Gasentladungsschalteinrichtung in einen gezwungen, /ur Parallelschaltung von Gasentladungs- Schwingkreis.

•chalteinrichtungen zu greifen. Die Parallelschaltung Die Gasentladungsschalteinrichtung enthält eine

ferringert nicht allein den Strom, sie erweist sich durch die beiden Metallgehäuse 1 (F i g. 1) und eine •uch dadurch als vorteilhaft, weil sie zur Herabset- Scheidewand 2 gebildete hohle Katode. Die Scheidelung der Gesamtinduktivität von mehreren parallel- 6₅ wand 2 trennt die hohle Katode in zwei Entlade-

rschalteten Einrichtungen führt. Der parallele Be- kammern 3, welche über eine öffnung in der Scheideeb von mehreren Einrichtungen erfordert die Syn- wand 2 miteinander in Verbindung stehen. Im Inne-•hronisierung ihrer Triggerung, was harte und nicht ren der Entladekammern 3 sind Metallanoden 4 an-

geordnet. Die Bestandteile der hohlen Katode — die Die zweite Bedingung gewährleistet eine verhältnis-

Gehäuse 1 und die Scheidewand 2 — sind unterein- mäßig niedrige Zündspannung der Lichtbogenentla-

ander mit Hilfe von Zwischenlagen 5 vakuumdicht dung in den Entladekammern 3 bei positiver Polarität

verbunden. Die Anoden 4 sind von der Katode mit der Anoden 4 der Gasentladungsschalteinrichtung.

Hilfe von Isolatoren 6 und 7 isoliert. Das Mittel zum 5 Die Gasentladungsschalteinrichrung arbeitet ful-

Zünden der Entladung in den Entladekammern 3 genderweise.

ist ein Solenoid8, das um die Katode herum ange- Der Druck in den Entladekammern3 (Fig. 1)

ordnet und mit Hilfe von Rt^elschrauben 9 fixiert wird so gehalten, daß die obengenannte erste Bedin-

wird. In den Gehäusen 1 und der Scheidewand 2 gibt gung erfüllt wird. Zum Zünden der Gasentladungs-

es miteinander in Verbindung stehende Kanäle 10 für io schalteinrichtung, die in einen Schwingkreis mit sek-

die Wasserkühlung der Katode und der stromführeu- tionierter Kondensatorenbatterie eingeschaltet ist, die

den Anodendurchführungen 11, die hohl ausgeführt aus Kondensatoren 17 und 18 (F i g. 3) besteht, muß

sind. Dös Evakuieren der Luft aus den Entladekam- man von der Gleichspannungsquelle mit 150 bis 300 V

mern 3 erfolgt über einen Kanal 12 in der Scheide- einen Stromimpuls auf das Solenoid 8 geben. Die

wand 2 und den Kollektor i3 mit Hilfe einer Vor- 15 Konfiguration des dadurch induzierten Magnetfeldes

vakuumpumpe (nicht gezeigt). Zum Schalten von in den Entladekammern ist so, daß in jeder Entla-

Strömen mit einer Spannung von 20 bis 25 kV ist dungsstrecke die Kraftlinien die Katode zweimal

zwischen dem Katodengehäuse 1 und der Anode 4 kreuzen, ohne daß sie dabei durch die Anode 4

ein Metallschirm 14 angeordnet. Der Abstand zwi- (F i g. 2) hindurchgehen. Bei positiver Spannung an

sehen der Anode 4 und dem Schirm 14 und zwischen ao den Anoden 4 entstehen im Ergebnis der Überschnei-

dem Schinn 14 und dem Katodengehäuse 1 wird so dung der Kraftlinien des elektrischen und des magne-

gewählt, daß die elektrische Festigkeit der Spalten tischen Feldes in den Entladungsstrecken »potentielle

das Entstehen von Entladungen in diesen unmöglich Fangstellen«, in welche Elektronen hineingeraten und

macht. Der Schinn 14 hat eine Durchführung 15 zum längs den Kraftlinien des Magnetfeldes Schwingbewe-

Anschließen äußerer Spannungsteiler (nicht gezeigt). 25 gungen ausführen, wobei sie gleichzeitig um die

Die Durchführung 15 ist gegen das Katodengehäuse 1 Achse des Systems Anode-Katode herum wandern,

mit Hilfe eines Isolators 16 isoliert. Die Elektronen bewegen sich hinreichend lange und

Damit die Gasentladungsschalteinrichtung normal ionisieren das Gas unter Bedingungen, bei denen die arbeitet, müssen die Katodenmaße, daß heißt der freie Weglänge bedeutend größer als die Länge der Durchmesser der Kammer α in Zentimetern (F i g. 2) 30 Entladungsstrecke ist. Infolge der Ionisation kommt und der Abstand zwischen Anode und der Scheide- es in beiden Entladungsstrecken gleichzeitig zur Entwand d in Zentimetern, sowie der Druck in der Kam- ladung. Dazu trägt auch das Eindringen des Plasmas mer ρ in mm der Quecksilbersäule, folgenden Bedin- über die öffnung in der Scheidewand 2 (Fig. 1) aus gungen entsprechen: einer Entladekammer 3 in die andere bei. Die Mes- pd < (Pd)_nJ₁, in Übereinstimmung mit den Wer- 35 sungen haben ergeben, daß die Zündstreuung der ten des linken Zweiges der Zündkennlinie; a ■ ρ zn 1 Entladung in den Entladekammern in einem Bereich — Vorhandensein des Hohlkatodeneffektes. von 0,1 μβ liegt. Daß in der Gasentladungsschaltein-

Die erste Bedingung bestimmt die elektrische Fe- richtung zwei gleichzeitig wirkende Entladungsstrek-

stigkeit der Zwischenelektrodenräume der Gasentla- ken vorhanden sind, führt zur zweifachen Verringe-

dungsschalteinrichtung bei gewählten Werten ρ 4o rung der Induktivität und des Wirkwiderstandes im

und d. Vergleich zu einem Lichtbogenstromtor.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

immer leicht zu erfüllende Anforderungen an die Patentansprüche: Zündmittel stellt Je größer dabei die Frequenz des Schwingprozesses der Entladung ist, desto geringer

1. Gasentladungsschalteinrichtung mit einem muß die Streuung der Zündung mehrerer parallel-Gasdruck, der dem Unken Zweig der Zündkenn- S geschalteter Gasentladungischalteiniichtungen sein, linie entspricht, welche eine als eine geschlossene In den Gasentladungssehalteinrichtungen mit hoh-Entladekammer ausgeführte hohle Katode, eine ler Kaltkatode erfolgt die Zündung der Entladung innerhalb dieser Kammer angeordnete Anode und mit Hilfe des in die Hauptentladungsstrecke injizierein Mittel zum Zünden der Lichtbogenentladung ten Plasmas der Hilfsentladung, die in einer specnthält, dadurch gekennzeichnet, daß io ziellen Zündkammer erregt wird, oder mit Hilfe des die Entladekammer durch eine Scheidewand (2) magnetischen Impulsfeldes, das ein um die Katode in mindestens zwei Entladekammern (3) getrennt herum angeordnete Solenoid bei kurzzeitigem Αη-kt, und daß die Gasentladungsschnlteinrichtung Schluß seiner Wicklung an eine Gleichspannungsmit mindestens einer weiteren Anode (4) verse- quelle erzeugt.

hen ist, welche derart angeordnet ist, daß sich 15 Wesentlicher Nachteil solcher Zündmittel ist die innerhalb jeder der genannten Entladekammern verhältnismäßig große Streuung der Zündzeiten des (3) eine Anode (4) befindet Lichtbogens in Gasentladungsschalteinrichtungen. So

2. Gasentladungsschalteinrichtung nach An- beträgt beispielsweise bei Triggerung der Schaltein-•pruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Ent- richtung unter Anwendung injizierten Plasmas die ludekammem (3) miteinander kommunizieren. ao Streuung 1 bis 2 \is, beim Zünden mit Hilfe des magnetischen Impulsfeldes liegt diese Streuung noch höher und erreicht 5 bis 10 μβ. Dieser Nachteil gestattet es nicht, die Parallelschaltung der Gasentladungsschalteinrichtungen in niederinduktiven Strom-

i5 kreisen bei einer Stromschwingfrequenz von über

10 kHz zu verwenden, da die beträchtliche Zündstreuung zu starken Verzerrungen der Impulsform führt.