DE2249523A1

DE2249523A1 - Ueberspannungs-schutzeinrichtung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2249523A1
Application number: DE2249523A
Authority: DE
Inventors: Glenn Cassidy; Donald Albert Hartman; Lyle Jude Hentz; William David Horn
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1971-10-12
Filing date: 1972-10-10
Publication date: 1973-04-26
Also published as: FR2156255B1; ES407786A1; DE2249523B2; BE789890A; GB1389338A; JPS4846850A; FR2156255A1; IT966240B; CA966191A; CH549882A; US3702952A; SE381775B; JPS5718305B2; DE2249523C3

Description

₃, tJVeltsr Jasklsch

ZStuttgart N. Menzelstraße40

& OkI 1972

WESTERN ELECTRIC COMPANY INCORPORATED

123 William Street

New York, N.Y. 10038 / V.St.A.

Überspannungs-Schutzeinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Überspannungs- oder Überlast-Schutzeinrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben, und insbesondere eine verbesserte Gasröhren-Überspannungs-Schutzeinrichtung zur Verwendung in Telefonnachrichtensystemen und ein Verfahren zur Herstellung dieser Einrichtung.

Eine Überspannungs-Schutzeinrichtung wird gewöhnlich zwischen einer Übertragungsleitung und Erde angeschlossen.. Sie begrenzt von sich aus die Spannung, die im folgenden über der Leitung auftritt, um die Leitung und auch ihr zugeordnete, empfindliche elektronische Ausrüstung von elektrischer Überbeanspruchung oder einer Beschädigung durch Überbeanspruchung, wie sie durch Blitze oder andere induzierte Überspannungstransienten verursacht werden kann, zu schützen. Das zentrale Amt oder die Teilnehmerausrüstung eines Telefonsystems ist ein typisches Gerät, das auf die se Weise geschützt wird.

Eine als Gasröhre ausgebildete Überspannungs-Schutzeinrichtung ist eine Einrichtung mit zwei möglichen Zuständen, die bei einer normalen Leitungsspannung nicht-leitend ist und leitfähig wird, wenn eine Spannungstransiente das eingeschlossene Gas ionisiert. Die allgemeinen Anforderungen an solch eine Schutzeinrichtung bestehen in der Fähigkeit: (1) viele Impulse mit kurzer Dauer

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(ζ. B. von einigen MikrοSekunden), mäßige Stromimpulse (z. B. 200 Ampere) und gelegentlich große Stromimpulse mit kurzer Dauer (z. B. 2000 Ampere) zu leiten; (2) die Überspannung, die an den Anschlüssen der leicht zerstörbaren AusriiBtung auftritt, auf sichere Werte zu begrenzen; (3) bei derselben Spannung oder nahezu bei derselben Spannung zusammenzubrechen, wenn ein Durchbruch auftritt; und (4) normale, auf der Übertragungsleitung auftretende Spannungen ohne Durchbruch auszuhalten.

Gasröhren-Überspannungs-Schutzeinrichtungen weisen im allgemeinen ein rohrförmiges Keramik- oder Glasgehäuse auf, das an jedem Ende durch eine Metallelektrode verschlossen ist, um eine hermetisch abgedichtete Entladekaimner zum Einschluß einer ionisierbaren Gasmischung zu bilden. Im Innern ist ein Spalt zwischen den Elektroden vorhanden, und eine der Elektroden ist gewöhnlich mit der Übertragungsleitung verbunden, während die andere geerdet ist. Wenn eine Spitze mit außergewöhnlich hoher Spannung an der Leitung auftritt, findet in der Gasrohre ein Durchbruch statt, d. h. das Gas wird ionisiert und leitet den plötzlichen Anstieg in dem Strom von einer Elektrode über den Spalt durch die Einrichtung zu der anderen Elektrode und zur Erde. Die Einrichtung begrenzt daher grundsätzlich die Spannung, die über der Einrichtung ansteht und daher die Spannung an öbr Ausrüstung, mit der die Schutzeinrichtung parallel geschaltet ist, auf sichere Werte.

Gasröhren-Schutzeinrichtungen müssen einen hohen Widerstand,

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in typischen Fällen 10 0hm, in dem geöffneten Zustand aufrechterhalten. Beim Durchbruch im normalen Betrieb verursacht das ionisierte Gas ein Sputtern und/oder eine Kraterbildung der Metallelektroden. Das gesputterte Material sammelt sich auf den Wänden der Glas- oder Keramikhülle neben dem Spalt, breitet sich zunehmend in Richtung auf die Verbindung der Elektrode mit dem Gehäuse aus, verschlechtert den Isolationswiderstand und schließt schließlich die Stromkreise der Elektroden kurz. Dadurch wird die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Isolation stark reduziert. Ferner beeinträchtigt die zwischen den Elektro-

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den auftretende Kontinuität durch das gesputterte Material auf . den Keramikwände"h die Wiedergabetreue der ITbertragung, weil durch diesen Effekt tatsächlich ein unstabiler Widerstand und daher eine Quelle für Rauschsignale erzeugt wird.

Das gesputterte Material wird bei bekannten Gasröhren-Überspannungsschutzeinrichtungen (z. B. DT-PS .1.763.1,87) an einer schnel-f len Zerstörung des Isolationswiderstandes dadurch gehindert, daß für jede Elektrode eine Rücksetzung vorgesehen ist. Jede ! Rücksetzung verhindert, daß das gesputterte Material eine.Yer- ■ bindung mit der angrenzenden Elektrode herstellt., . ι

Dadurch bleibt das gesputterte Material elektrisch frei schwebend auf der Wand der Kammer, wo es den Beginn der Ionisation in einer unkontrollierten Weise beeinflusst. Folglich ist die Durchbruehsspannung weder so niedrig hoch so konsistent wie in dem Pail, wenn das Material nicht elektrisch frei liegt, d. h. ^: wenn es mit einer Elektrode verbunden ist. Ferner liegt bei den bekannten Einrichtungen der Spalt in der Mitte der Kammer, so daß nicht das volle Potential, welches mit der länge des Gehäu- ί ses verbunden ist, zur Isolation der Elektroden von dem gesputterten Material ausgenutzt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Überspan- ' nungs-Schutzeinrichtung zu schaffen, die bei niedrigeren Spannungswerten und in einem engeren Bereich als bisher während wiederholten überspannungsspitzen, d. h. in einer kontrollierten Weise, durchbricht. Fach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Zündelektrode dadurch gebildet, daß Elektrodenmaterial auf die Wände der Kammer in solch einer Weise gesputtert wird, daß das gesputterte Material mit einer Elektrode in Kontakt tritt und eine elektrische Verbindung damit herstellt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Hauptentladespalt an einem zu einer Rücksetzung entgegengesetzt liegenden Ende einer Entladekammer angeordnet, um den längsten möglichen Isolationsweg zu erzielen und dadurch

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die Lebensdauer der Überspannungs-Schutzeinrichtung zu verlängern.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Gasröhren-tTberepannungs-Schutζeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein rohrförmiges Keramikgehäuse aufweist, das eine koaxiale Gegenbohrung an nur einem Ende hat.

Eine erste Metallelektrode mit einer Schulter, die der Gegenbohrung komplementär jedoch kleiner ist, so daß die Schulter einen. Abstand von der Oberfläche der Gegenbohrung hat, ist an dem bei der Gegenbohrung liegenden Ende des Gehäuses angeordnet. Ein zylindrischer Abschnitt der ersten Elektrode, dessen Durchmesser kleiner als die Bohrung des rohrförmigen Gehäuses ist, erstreckt sich koaxial in die Bohrung an dem Mittelpunkt ihrer Länge vorbei. Der zwischen der Schulter und der Gegenbohrung gebildete Ringraum ist gegenüber dem Ringraum, der zwishen dem zylindrischen Teil der Elektrode und der Bohrung des rohrförmigen Gehäuses gebildet wird, zurückversetzt.

Eine zweite Metallelektrode mit einer kegelstumpfförmigen Schulter, die kleiner als die Bohrung des rohrförmigen Gehäuses ist und koaxial in die Bohrung vorsteht, ist an dein anderen Ende des Gehäuses ageordnet. Die erste und die zweite Elektrode verschließen die Enden des Gehäuses, um eine Kammer für ionisierbares Gas zu bilden.

Der Raum zwischen den Stirnflächen des zylindrischen Abschnittes der ersten Elektrode und der kegelstumpfförmigen Schulter an der zweiten Elektrode ist der primäre oder Hauptspalt der Einrichtung. Weil sich der zylindrische Abschnitt Über die Mittellänge des Gehäuses hinaus erstreckt, wird dieser Spalt in der Nähe der zweiten Elektrode entfernt von dem zurückgesetzten Ringraum gebildet. Die Kombination des zurückgesetzten Raumes mit dem Abstand des Spaltes von der Zurücksetzung hält einen hohen Isolationswiderstand bei offenem Kreis aufrecht und verlängert die Zuverlässigkeit der Einrichtung.

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Elektrodenmaterial wird auf die Wand des Gehäuses gesputtert, so daß es innenseitig eine Verbindung mit der zweiten Elektrode herstellt und sich entlang der Wand erstreckt, wodurch diese Elektrode einen Teil des zylindrischen Abschnittes der ersten Elektrode umgibt. Der Ringraum zwischen dem zylindrischen Abschnitt der ersten Elektrode und dem umgebenden Teil der zweiten Elektrode ist nach der Auslegung der Einrichtung kleiner als der Hauptspalt zwischen den Elektroden. Der gesputterte Teil der zweiten Elektrode wirkt als Zündelektrode, um den Durchbruch in dem Raum zwischen ihr und der ersten Elektrode bei einer niedrigeren Spannung als sonst zu zünden und einen Durchbruch bei jedesmal derselben Spannung zu erzeugen. Die Zündelektrode steuert daher die Durchbruchspannung. .

Ausführungsbeispiele der Erfindung^werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Pig.' 1 einen Schnitt durch eine im wesentlichen zylindrische Überspannungs-Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung, die für eine individuelle Gasfüllung geeignet ist;

Pig. 2 einen Schnitt durch eine im wesentlichen zylindrische Überspannungs-Schutzeinrichtung gemäß .der Erfindung, die für die Massenfüllung, mit Gas und für die Massenfertigung geeignet ist;

Pig. 3 eine Schaltung, um die Zündelektrode gemäß der Erfindung zu bilden;

Pig. 4 ein schematisches Diagramm, das die stromlosen Spannungsimpulse der Schaltung gemäß Pig. 3 darstellt; und

Pig. 5 eine grafische Darstellung, die die Änderungen in dem Niveau und dem Bereich der Durchbruchsspannung für Spannungsspitzen mit sowohl langsamem als auch mit schnellem Anstieg zeigt.

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In Fig. 1 ist eine Überspannungs-Schutzeinrichtung 10 mit einem rohrförmigen, isolierenden Gehäuse 12 gezeigt. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise aus Keramik, beispielsweise Aluminiumoxid, hergestellt. Dichtflächen 14 und 16 des Gehäuses 12 sind metallisiert, um dünne, haftende Überzüge (nicht gezeigt) auf den Oberflächen zu erzeugen, an die die Elektroden im folgenden angelötet werden können. Die Metallisierung besteht in typischen Fällen aus Molybdän-Mangan. Das Gehäuse 12 kann jedoch auch aus Glas mit geeigneten metallischen Endstücken bestehen, die einen auf das Glas in bekannter Weise abgestimmten Ausdehnungskoeffizienten haben. Ferner ist die Bohrung 18 des Gehäuses an einem Ende koaxial vergrößert, um eine Gegenbohrung 20 zu bilden, deren zylindrische Fläche gegenüber der Bohrung 12 zurückgesetzt ist. In typischen Fällen können die Abmessungen des Gehäuses sein: 0,71 cm Außendurchmesser, 0,34 cm Innendurchmesser und 0,38 cm Länge mit einer Gegenbohrung, die einen Durchmesser von 0,43 cm und eine Tiefe von 0,064 cm hat.

Eine erste Elektrode 22 ist an dem mit der Gegenbohrung versehenen Ende des Gehäuses 12 in an sich bekannter Weise angelötet. Vorzugsweise besteht die Elektrode 22 aus sauerstofffreiem Kupfer und hat eine Schulter 26 und einen zylindrischen Teil 28. Vorzugsweise ist das Lötmaterial 24 eine eutektische Legierung aus Kupfer und Silber, die anfänglich in Form einer dünnen Beilagscheibe vorliegt, die zwischen der Elektrode 22 und dem Gehäuse 12 vor dem Löten, insbesondere Hartlöten, angeordnet wird. Es können jedoch auch andere Lötmaterialien verwendet werden.

Die Schulter 26 ist koaxial auf der Elektrode 22 angeordnet, so daß sie konzentrisch und komplementär zu der Gegenbohrung liegt, von der Oberfläche derselben jedoch einen Abstand hat. Die Abmessungen der Schulter sind beispielsweise 0,426 cm Durchmesser und 0,056 cm Länge. Dadurch ergibt sich ein Ringraum von etwa 0,0025 cm zwischen der Gegenbohrung 20 und der Schulter 26 der Elektrode 22, der von der Bohrung 18 des Gehäuses 12 zu-

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- ■ 7 - rückgesetzt ist. / .

Der zylindrische Teil 28 der Elektrode 22 erstreckt sich koaxial in die Bohrung 18. Eine Stirnfläche 30 des Teiles 28 bildet eine Seite eines Hauptspaltes 32 der Einrichtung 10. Die Länge des zylindrischen Teiles 28 ist so gewählt, daß die' Stirnfläche¹ 30 jenseits des Mittelpunktes oder der mittleren Länge der Bohrung 18 nahe dem Ende des Gehäuses 12 entgegengesetzt zu der Gegenbohrung 20 liegt. Der Durchmesser des zylindrischen Teiles 28 ist so gewählt, daß der Abstand über den Ringraum 34 erheblieh kleiner (weniger als die Hälfte) als der Abstand über dem Spalt 32 ist. In typischen Fällen hat der zylindrische Teil 28 einen Durchmesser von 0,298 cm und eine Länge von 0,23.3 cm.

Eine zweite sauerstoff-freie Kupferelektrode 36 ist an dem ohne Gegenbohrung ausgeführten Ende des Gehäuses 12 mit Lötmaterial 24 in Form einer Beilagscheibe in derselben Weise verlötet, ; wie die erste Elektrode 22 mit dem die Gegenbohrung aufweisenden Ende verlötet ist. Ein kegelstumpfförmiger Teil 28 erstreckt sich konzentrisch in die Bohrung 18, und eine Stirnfläche 40 desselben bildet die andere Seite des Spaltes 32. In typischen Fällen hat der konische Teil 28 einen Basisdurchmesaer von 0,315 cm, eine Höhe von 0,051 cm und einen kleinen Durchmesser von 0,298 cm.

Die erste Elektrode 22 in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung (Pig. 1) hat· einen Durchgang 41 und ein vakuumdichtes _: Verschlußröhrchen 43, so daß die von den Elektroden und dem Ge- i häuse gebildete Kammer evakuiert und sodann mit Gas gefüllt > werden kann. Die Kammer wird in an sich bekannter Weise durch ; das Vers chlußr öhrchen 43 auf einen Druck von 5 x 10 Torr '· evakuiert und entgast und dann mit einer ionisierbaren Gasmischung, vorzugsweise 10 °/o Wasserstoff und 90 "/» Argon auf einen Druck erneut gefüllt, der die erwünschten elektrischen Eigenschaften ergibt und in diesem Fall 150 Torr beträgt. Schließ- j lieh wird das Röhrchen durch Abquetschen geschlossen, um die iJberspannungs-Schutzeinrichtung 10 hermetisch abzudichten. ·

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Die Einrichtung 10 kann auch ohne den Durchgang 41 und das Röhrchen 43 hergestellt werden, wie in dem Ausfüteingsbeispiel von Fig. 2 gezeigt ist. Bei der Herstellung dieses AusfUhrungsbeispieles werden mehrere Einrichtungen 10 mit geeigneten Lötbeilagscheiben zusammengesetzt und unter eine Glasglocke gelegt, wo sie durch Evakuierung der gesamten Glasglocke entgast werden. Der Druck in der Glocke wird auf weniger als 1 χ 10 Torr gehalten, während die Spitzentemperatur auf 500 ⁰C gehalten i wird. Wenn das Entgasen abgeschlossen ist, wird der Apparat mit einer Gasmischung aus 10 $ Wasserstoff und 90 f° Argon bei einem erhöhten Druck erneut gefüllt, so daß sich der erwünschte Druck von etwa 150 Torr in diesem Fall ergibt, wenn die Einrichtungen 10 auf 25 ⁰C abgekühlt sind. Schließlich wird die Temperatur der Einrichtungen 10 gerade genug angehoben, um die Lötbeilagscheiben zu schmelzen, die zwischen den Elektroden 22 und 36 und dem Keramikgehäuse 12 angeordnet worden waren. Nach Abkühlung sind hermetisch abgedichtete Kammern, die die Überspannungs-Schutzeinrichtungen 10 bilden, ohne Terechlußröhrchen hergestellt, die jedoch eine Gasmischung bei dem gewünschten Druck enthalten.

Bei beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ergeben sich aus der Anordnung des Spaltes 32 nahe bei dem die zweite Elektrode aufweisenden Ende der Einrichtung 10 zwei Vqrteile: Erstens muß sich das Material, das von den Stirnflächen 30 und 40 auf die Bohrung 18 des Gehäuses 12 geeputtert wird, über eine lange Strecke entlang der Bohrung erstrecken, bevor es einen Leckweg zu der ersten Elektrode 22 bildet oder diese kurzschließt und zweitens baut sich das gesputterte Material schnell auf und stellt eine Verbindung mit der zweiten Elektrode 36 her, um einen Fortsatz der Elektrode zu bilden und sie sozusagen topfförinig zu machen. Dieser Fortsatz ist eine Schale, die als ZUndabschnitt oder Zündelektrode 42 betrachtet werden kann.

Das erste vorteilhafte Merkmal verhindert für eine lange Zeit im Zusammenhang mit der ZurUckversetzung, daß das gesputterte Material entlang der Bohrung 18 die erste Elektrode 22 erreicht,

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so daß in vorteilhafter Weise die Lebensdauer der Einrichtung ,10 stark verlängert wird. Das zweite vorteilhafte Merkmal bewirkt, daß die Ionisation in dem Raum 34 jedes Mal beinahe zu der gleichen Spannung beginnt. Die Ionisation breitet sich dann aus und löst den Durchbruchs-Endzustand in dem Hauptspalt 32 aus, so daß die Durchbruchs-Spannung besser reproduzierbar ist, als in den Einrichtungen, wo das gesputterte Material elektrisch frei schwebend ist, d. h. wo das gesputterte Material nicht an eine der beiden Elektroden angeschlossen ist. ■ ■

Die G-asröhren-Überspannungsschutzeinrichtung 10 sollte vor dem tatsächlichen Gebrauch gealtert werden. Dadurch wird die Einrichtung 10 konditioniert. Die Alterung wird dadurch bewirkt, daß Gleichspanhungsimpulse bei einem vorbestimmten Stromniveau, einer vorbestimmten Pulsdauer und Polarität an die Einrichtung angelegt werden. Die Alterung reinigt die Elektroden durch das Ionenbombardement von dem ionisierten Gas. Das durch das Bombardement "abgetrennte Material, d. h. das von der ersten Elektrode abgesputterte Material, scheidet sich an der Bohrung 18 des Gehäuses 12 ab. Durch absichtliches Verlängern der Alterung, wie es erfindungsgemäß geschieht, so daß mehr Material abgeschlagen wird, wird genügend Material aufgebracht, um einen Kontakt mit der zweiten Elektrode 36 herzustellen und einen Abschnitt 42 der zweiten Elektrode in situ zu bilden. Es.ist ,zu beachten, daß der Abschnitt 42 auch durch andere Techniken, beispielsweise durch Aufbringen einer leitfähigen Metallpaste und Sintern oder durch Aufdampfen eines leitfähigen Materials im Vakuum, aufgebracht werden kann. Unabhängig von der Herstellungsmethode wird jedoch nicht nur der Beginn der Ionisation unterstützt, sondern es wird eine Schutzeinrichtung 10 mit einer niedrigeren Durchbruchsspannung und einer besseren Reproduzierbarkeit der Durchbruchsspannung erzielt.

Das Sputtern des Materials von der ersten Elektrode 22 zu der Wand des Gehäuses 12, d. h. zu der ,.,Bohrung 18, ist jedoch bevor-: zugt und kann dadurch ausgeführt werden, daß mit der schematisch

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in Pig. 3 gezeigten Schaltung und in der Weise Impulse aufgebracht werden, die in Fig. 4 gezeigt ist, welche die Spannungsänderung ohne Stromfluß zeigt.

Eine verhältnismäßig hohe Spannung wird benötigt, um die Ionisation einzuleiten. Wenn jedoch die Leitung "begonnen hat, wird sie durch eine niedrigere Spannung aufrechterhalten. Diese Tatsache wird ausgenutzt, wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt ist. Eine Ionisationsschaltung 44 liefert einen hohen Spannungsimpuls 45 (Fig. 4) zum Einleiten der Ionisation. Der Impuls geht um 90 ° einem eine niedrigere Spannung aufweisenden, den Strom aufrechterhaltenden Impuls 47 voraus, der in Pig. 3 gestrichelt gezeichnet ist und von einer Sputterschaltung 46 geliefert wird. Wenn kein Strom fließt, hat der Ionisationsimpuls 45 einen Spitzenwert von etwa 1500 Volt und wird von einem Aufwärtswandler 48 und einer 117 Volt-60 Hz-Wechselstromquelle 49 durch Gleichrichtung abgenommen. Der Halteimpuls 47 hat etwa 290 Volt Spitzenspannung und wird durch Gleichrichtung von einer 208 Volt (Effektivspannung)-60 Hz-Wechselstromquelle 50 abgeleitet.

Der Strom in der Ionisationsschaltung 44 ist auf den Milliampere-Bereich durch die Widerstände 52 A und B begrenzt, die etwa 10 000 bzw. 100 000 0hm haben, um die Größe und Kosten des Aufwärtswandlers 48 niedrig zu halten.

Der Haltestrom in der Sputterschaltung 46 wird durch einen Thyratron-Gleichrichter 54 und eine außerhalb liegende Zeitschaltung (nicht gezeigt) gesteuert, die einen Relaisachalterkontakt 56 betätigt. Das Gitter des Thyratron-Gleichrichters 54 ist normalerweise durch eine Vorspannungsquelle 58 negativ vorgespannt, und kein Strom fließt durch den Gleichrichter. Wenn die Zeitschaltung jedoch das Relais betätigt und den Kontakt 56 schließt, wird die negative Gittervorspannung durch eine Quelle 60 mit einer positiven Vorspannung überwunden, die größer als die negative Vorspannung ist, und der Gleichrichter 54 leitet. Der gezogene Strom fläa3t durch die Überspannungs-

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Schutzeinrichtung 10, die in die Schaltung so eingesetzt ist, ^: daß ihre erste Elektrode 22 negativ und die zweite Elektrode ·^; positiv ist. Der Strom fließt ferner durch einen Widerstand 62. Der Widerstand 62 ist klein, in der Größenordnung von ! 10 Ohm, so daß der Strom nur durch den Gleichrichter 54 begrenzt'

Die außerhalb liegende Zeitschaltung schließt den Eontakt 56 für sechs Zyklen, d. h. 0,1 see, in jeder Sekunde, Dies wird zehn Mal wiederholt, d. h. insgesamt während einer Zeit von 10 see. An dem Ende dieser Zeit ist die Zündelektrode 42 an den Wänden des Gehäuses 12 ausgebildet und wird zu einem einstückigen Teil der zweiten Elektrode 36.

Es hat sich gezeigt, daß die Überspannungs-Schutzeinrichtung 10, die in der hier beschriebenen Weise hergestellt ist, eine außerordentlich erwünschte, niedrigere, mittlere (aus der Vorwärts- und RUckwärtsrichtung) und in einem engeren Bereich liegende DurchbruchsSpannung für Spannungsspitzen sowohl mit langsamem als auch mit schnellem Anstieg hat als Schutzeinrichtungen, die ohne die Zündelektrode 42 hergestellt sind. Die verbesserte Betriebsweise wird am besten durch die grafische Darstellung von Fig. 5 erläutert, in der die Resultate für eine Spannungsspitze mit einem langsamen Anstieg von 200 Volt pro · Sekunde durch gestrichelte Linien und die Ergebnisse für eine Spannungsspitze mit schnellem Anstieg von 450 Volt pro Mikrosekunde durch ausgezogene linien dargestellt sind. Die grafische i Darstellung zeigt, daß die Durchbruehsspannung sowohl für I schnell ansteigende als auch für langsam ansteigende Spannungs- ! spitzen kleiner sind und eine geringere Schwankung (engerer \ Bereich) haben. !

Obwohl becherförmige Elektroden, d. h. Elektroden mit einem Zündabschnitt 42, und ihre Vorteile an sich bekannt sind, sind diese Elektroden kostspielig herzustellen. Wenn man jedoch ι die Tatsache ausnutzt, daß etwas von dem Elektrodenmaterial ! in natürlicher V/eise auf die Innenwand, d. h. die Bohrung 18 |

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des Gehäuses 12, gesputtert wird, kann der ZUndabschnitt 42 in situ hergestellt werden, so daß die Überspannungs-Schutzeinrichtung 10 mit der vorteilhaften becherförmigen Elektrode mit keinen oder nur geringen zusätzlichen Kosten verwirklicht werden kann.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

JUberspannungs-Schutzeinrichtung mit Gasfüllung, "bei der ein ^-''rohrföriniges, isolierendes Gehäuse an einem Ende durch eine erste Elektrode mit einem sich in die Bohrung des Gehäuses erstreckenden Teil und an dem anderen Ende durch eine zweite Elektrode verschlossen ist, die unter Abstand zu der ersten Elektrode angeordnet ist, so daß ein Entladespalt in einer Kammer für ionisierbares Gas gebildet wird, gekennzeichnet durch eine Zündelektrode (42), die auf der Bohrung (18) des Gehäuses (12) aufgebracht bzw. abgeschieden ist und mit der zweiten Elektrode (36) in Verbindung steht, um die Ionisation des Gases einzuleiten und die Zündung bei einem gleichförmigen Niveau zu halten.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) aus Keramik besteht und an einem Ende der Bohrung (18) eine Gegenbohrung aufweist, und daß die erste Elektrode (12) eine Schulter (26) hat, die im wesentlichen konzentrisch, komplementär und unter Abstand zu der Gegenbohrung angeordnet ist, um eine Hintersetzung zu bilden, die gegenüber dem gesputterten Material abgeschirmt ist, wodurch ein Kurzschluß der Elektroden-verhindert wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (28), der sich in die Bohrung (18) erstreckt, Über die Mittellänge der Bohrung (18) hinaus steht, so daß der Spalt. (32) von dem mit der Gegenbohrung versehenen Ende weit entfernt liegt, wodurch die Lebensdauer der Einrichtung (10) verlängert wird.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (42) auf die Wand der Gehäusebohrung (18) aufgesplittert ist.

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5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (36) einen konischen, abgestumpften Abschnitt (38) aufweist, der sich koaxial in die Bohrung (18) unter Abstand zu der Innenwand des rohrförmigen, isolierenden Gehäuses (12) erstreckt, und daß die Stirnfläche des konischen, abgestumpften Abschnittes (38) der zweiten Elektrode (36) von der Stirnfläche des konischen Teiles (28) der ersten Elektrode (22) zur Bildung des Entladespaltes (32) einen Abstand hat.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (42) auf die Innenwand des Gehäuses (12) Gesputtert ist, um eine elektrisch mit der zweiten Elektrode (42) verbundene Schale zu bilden, die wenigstens einen Teil des elektrischen Abschnittes (28) der ersten Elektrode (22) umgibt, um einen Ringraum zwischen der Zündelektrode (42) und dem zylindrischen Abschnitt (28) zu bilden, wobei der Ringraum kleiner als der Entladespalt (32) ist, und daß die zündelektrode (42) die Entladung in dem ionisierbaren Gas bei einem gleichbleibenden Niveau einleitet.
7. Verfahren zur Herstellung einer Überspannungs-Schutzeinrichtung, gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitfähiges Material auf der Bohrung des Gehäuses abgeschieden wird, wobei das Material mit der zweiten Elektrode in Kontakt steht und sich von dieser entlang der Bohrung erstreckt, um einen Abschnitt des Teiles zu umgeben und eine Zündelektrode zu bilden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Material durch Sputtern, d. h. durch Zerstäubung mit Ladungsträgerteilchen, abgeschieden wird.

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