DE2461186A1

DE2461186A1 - Funkenentladungsgeraet mit zwei elektroden

Info

Publication number: DE2461186A1
Application number: DE19742461186
Authority: DE
Inventors: Joseph M Kozlowski
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1974-01-16
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1975-07-17
Also published as: IT1027982B; IT1027983B; FR2258021A1; GB1484531A; FR2258021B1; US3906273A; JPS50101738A

Description

Für gasförmige Leiter wie Funkenentladungsgeräte gibt es viele Einsatzmöglichkeiten. Allgemein gesagt, dient ein Funkenentladungsgerät als Auslöse- oder Steuervorrichtung zur Trennung der in einem Kondensator gespeicherten Energie von einer Last. Ein Anwendungsbeispiel dieser Art ergibt sich bei Sprengarbeiten in Tunnels und Schachtanlagen, wo Sprengstoffe mit elektrischen Sprengkapseln gezündet werden sollen. Die elektrischen Sprengkapseln werden normalerweise durch elektrische Energie gezündet, die aus der Entladung eines Speicherkondensators gewonnen wird. Der wichtigste Gesichtspunkt bei Sprengarbeiten ist natürlich die Sicherheit des die Arbeiten vornehmenden Personals. Daher ist das wichtigste Merkmal aller Zündkreise die Vorrichtung, welche die Sprengstoffe von der sie zündenden Energie trennt.

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Weiter werden Funkenentladungsgeräte beim Zündkreis für industrielle und Flugzeugstrahltriebwerke verwendet, bei denen, die Funkenentladungsvorrichtung zur Trennung und Auslösung der Entladung der in einem Kondensator gespeicherten Energie an eine Zündkerze dient, welche den Kraftstoff im Triebwerk zündet.

Bei den vorerwähnten Anwendungen muß das Funkenentladungsgerät im allgemeinen einen bestimmten Zündspannungswert besitzen, bei welchem das Funkenentladungsgerät die Entladung der Energie an die Last gestattet, d.h. an die Zündkerze oder die Sprengkapseln. Außerdem muß eine große Anzahl von Funkenentladungsgeräten vorhanden sein, von denen jedes einen bestimmten Zündspannungswert aufweist, welcher der Schaltung, für welche es eingesetzt ist, entspricht.

Diese Bedingung erforderte bisher die Lagerhaltung einer, großen Anzahl von Funkenentladungsgeräten mit unterschiedlichen Elektrodenabständen. Um diesen Nachteil zu vermeiden ist erfindungsgemäß ein hermetisch dichtes Funkenentladungsgerät vorgesehen, bei welchem der Abstand zwischen zwei Elektroden eingestellt werden kann, nachdem diese in die Kapsel eingebaut worden sind. Das Funkenentladungsgerät kann vollständig zusammengebaut werden, mit Ausnahme seiner hermetischen Dichtung und der Einstellung des Abstandes zwischen den zwei Elektroden, welcher die Lichtbogenentladung bewirkt, wenn eine bestimmte Zündspannung an den Elektroden anliegt.

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Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch ein erstes-Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Funkenentladungsgerätes;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II des in Fig.l gezeigten Gerätes;

Fig. 3 einen Grundriß des in Fig. 1 gezeigten Funkenentladungsgerätes ;

Fig. 4 die Endansicht des in Fig. 3 gezeigten Funkenentladungsgerätes.

Fig. 5 den Teilquerschnitt eines Endteiles eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Funkenentladungsgerates.

Fig. 1 zeigt ein Funkenentladungsgerät, welches die folgenden Bauteile umfaßt: Eine durch die Grundplatten 1 und 2 gebildete Kapsel, die an den Enden einer Röhre 5 angebracht sind; sowie die Elektroden 10 und 20, die jeweils an den Grundplatten 1 und 2 auf der Mittel- oder Längsachse der Röhre 5 befestigt sind. Die Grundplatten 1 und 2, die Röhren 5, 10 und 3 bestehen aus Werkstoffen mit den annähernd gleichen Wärmungsdehnungskoeffizienten 5 χ 10 /JC im voraussichtlichen Arbeitstemperaturbe-

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reich (-54⁰C bis 26O°C). Die Grundplatten 1 und 2 bestehen aus Borsilikatglas, die Röhre 5 aus einem keramischen Werkstoff wie Tonerde (96° Al₂O₃) und die Metallteile wie die Röhren 3 und 10 sowie die Beilagscheibe 31 bestehen aus einer Legierung, wie sie unter dem Markennamen Kovar, Rodar oder Nicoseal bekannt ist. Wenn die zusammengebauten Teile richtig befestigt und einer entsprechenden Temperatur ausgesetzt werden, schmilzt das Glas und verbindet sich mit den anliegenden Oberflächen, wobei sich bei Abkühlung eine luftdichte Kapsel ausbildet. Die Kapsel kann durch den Kanal 15 und die Bohrung 16 in der Elektrodenröhre luftleer gemacht werden. Sie kann bis zu einem Druck von weniger als 1,3 χ 10 evakuiert werden und dann wieder mit einer isonisierbaren Atmosphäre bis zu einem Druck ausgefüllt werden, der über oder unter dem normalen Luftdruck liegt. Durch wiederholtes Leerpumpen und Wiederauffüllen lassen sich unerwünschte Gase ausspülen. Die bevorzugten isonisierbaren Gase, die zum Wiederauffüllen der Kapsel dienen, können trockene Luft oder ein trockenes Luftgemisch bzw. ein Gemisch aus Argon und Wasserstoff sein. Ebenso können auch andere Gasgemische wie Luft und Kohlensäure, Stickstoff, Wasserstoff und Argon verwendet werden. Die Röhre 5 kann auch aus einem geeigneten Glas gefertigt sein, und die Kapsel kann durch eine Kapillare im Glas evakuiert werden.

Die Lichtbogenentladungsflächen 11 und 21 der Elektroden 10 und 20 bestehen aus Werkstoffen, die wegen ihrer elektrischen und mechanischen Eigenschaften bei Belastungen durch starke Ströme, hohe Spannungen und Temperaturen ausgewählt werden. Beispiele

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für zulässige Elektrodenwerkstoffe sind Molybdän, Wolfram, thoriertes Wolfram sowie mit Metallen Thorium, Aluminium und Barium versetztes Wolfram, um eine geringere Elektronenaustrittsarbeit zu ergeben als Wolfram. Wegen der mit der Entladung an den Elektroden verbundenen hohen Energie eignet sich Wolfram als Elektrodenmaterial für die Anode und Kathode, da es gute Hochtemperatureigenschaften aufweist (hohe Schmelztemperatur) . Dem Wolfram kann Bariumaluminat beigefügt werden, um die elektrischen Eigenschaften der Elektroden zu verbessern, da Bariumaluminat das Emissionsvermögen der Elektroden erhöht.

Die erste an der ersten Grundplatte 1 montierte Elektrode 10 ragt in die Kapsel hinein bis zu einem freien Ende, welche die Lichtbogenentladungsfläche 11 umfaßt. Die erste Elektrode 10 ist mit einem axialen Kanal 15 bestückt, der die Öffnung 16 besitzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung dient die erste Elektrode 10 als Rohrleitung zur Evakuierungder Kapsel und Wiederauffüllung mit einem isonisierbaren Gas. Die zweite Elektrode 20 ist in der zweiten Grundplatte 2 befestigt, ragt durch diese hindurch und erstreckt sich in die Kapsel bis zur Lichtbogenentladungsfläche 21. Die zweite Grundplatte 2 erstreckt sich längs der Mittelachse der Kapsel durch die Muffe 3 hindurch, welche die Elektrode 20 aufnimmt. Die Muffe 3 hält die Elektrode 20 im wesentlichen auf der Mittelachse der Kapsel und in Fluchtung mit der Achse der anderen Elektrode 10, wobei sie eine axiale Bewegung der Elektrode 20 gegenüber der Elektrode 10 gestattet. Die Muffe 3 wird durch die Innenplatte 31 positioniert, welche verhindert, daß die Muffe 3 und die Grundplatte 2 während

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des Montagegangs in die Kapsel hineinfallen. Die bewegliche Elektrode 20 gestattet den Abstand zwischen den Lichtbogenentladungsflachen 11, 21 der beiden Elektroden 10 und 20 herzustellen, nachdem die Kapsel fertiggestellt ist, doch bevor sie mit einem ionisierbaren Gas aufgefüllt und hermetisch abgedichtet worden ist.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des in Fig. 1 dargestellten Funkenentladungsgerätes längs der Linien II-II. Die Figur zeigt im allgemeinen die Zylinderform der Röhre 5 und die Befestigungsart der Elektrode 10 auf der Mittelachse der Röhre 5.

Fig. 3 zeigt ein vollständig zusammengebautes und betriebsbereites Funkenentladungsgerät. Das Gerät der Fig. 3 ist hermetisch dicht, und der Abstand zwischen den Entladungsflächen 11, 21 der Elektroden 10 und 20 wurde festgelegt. Der Abstand zwischen den Elektroden 10 und 20 wurde durch Aufquetschen oder Aufbördeln der Röhre 3 am Punkt 32 auf die Elektrode 20 festgelegt, um eine weitere Bewegung der Elektrode 20 zu verhindern. Dann werden die Röhre 3 und die Elektrode 20 durch Verlöten oder Hartverlöten mit Silberlegierung am Punkt 33 hermetisch abgedichtet. Auch die Elektrode 10 wird am Punkt 12 aufgequetscht oder aufgebördelt, nachdem das Funkenentladungsgerät mit einem isonisierbaren Gas aufgefüllt worden ist, und am Ende 13 verlötet bzw. mit Silberlegierung hart verlötet, um einen hermetisch dichten Anschlußpunkt zu schaffen.

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Fig. 4 ist die Endansicht des in Fig. 3 gezeigten Funkenentladungsgerätes, die zeigt, daß die Elektrode 10 auf der Mittelachse der Röhre 5 angeordnet ist.

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des einen Endteils des in Fig. 1 gezeigten Funkenentladungsgerätes. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Muffe 3 integral mit der Platte 31 als eine Konstruktionseinheit ausgeführt und erstreckt sich vom Ende des Geräts unterhalb der Grundplatte 2 aus. Um die Muffe 3 mit der Röhre 5 hermetisch abzudichten, ist eine Glasbeilagscheibe 2, die vorzugsweise aus Borsilikat besteht, auf der Metallröhre 3 und der Platte 31 angeordnet und mit der Rohrleitung 3 und der Röhre 5 durch Erhöhung der Temperatur des Glases bis zu seinem Schmelzpunkt versiegelt, wodurch sie eine hermetische Dichtung bildet.

Ein bevorzugtes Fertigungsverfahren ergibt sich wie folgt: Alle Bauteile des Funkenentladungsgerätes werden zu dem in Fig. 1 gezeigten Aggregat zusammengebaut. Die Glasgrundplatten 1 und 2 werden soweit erhitzt, daß das Glas schmilzt und eine Dichtung zwischen der Röhre 5, den Grundplatten 1 und 2 sowie der Elektrode 10 und der Muffe 3 ergibt. Dann wird das Aggregat eingelagert bis eine Anforderung für ein Funkenentladungsgerät mit einer bestimmten Zündspannung gestellt wird. Bei Eingang der Arfbrderung für Funkenentladungsgerate mit jeweils verschiedenen Zündspannungen werden die Geräte wie folgt betriebsbereit ausgebaut; Zunächst wird die Kapsel von unerwünschten Gasen und Feuchtigkeit durch Spülen mit trockener Luft oder Argon

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gereinigt. Dann wird der Luftspalt justiert, indem die Elektrode 20 in Kontakt mit der Elektrode 10 gebracht wird und anschließend in axialer Richtung zurückbewegt wird, um den gewünschten Abstand zwischen den Entladungsflächen 11 und 21 zu erhalten. Nachdem der gewünschte Abstand erreicht ist kann er durch Anschluß eines elektrischen Meßgerätes an die Elektroden geprüft werden, das eine Spannung mißt, welche unterhalb der erforderlichen Zündspannung liegt. Daraufhin wird die Spannung bis zur Zündspannung zwischen den beiden Elektroden erhöht. Diese Zündspannung muß der durch Einstellung des Luftspaltes erreichten Sollzündspannung entsprechen. Ist dies nicht der Fall, dann kann die Elektrode 20 näher an die Elektrode 10 heranbewegt oder von ihr fortbewegt werden und zwar in Abhängigkeit von der Spannung, bei welcher der Durchschlag auftritt. Nachdem die richtige Zündspannung durch entsprechende Abstandhaltung der Elektroden erreicht ist, wird die Elektrode 20 durch Aufquetschen der Muffe arretiert. Sodann wird die Muffe 3 mit der Elektrode 20 verlötet oder mit Silberlegierung hart verlötet, um dieses Ende der Kapsel abzudichten. Die einzige übrige Öffnung ins Innere der Kapsel ist jetzt der Kanal 15 in der Elektrode 10, der in der Öffnung 16 in der Kapsel endet. Die letzte Maßnahme, um die Röhre in Betriebsbereitschaft zu versetzen, besteht darin, die Kapsel mit einem bestimmten Gas bis zu einem bestimmten Druck oder Vakuum aufzufüllen. Der letzte Schritt besteht in der Abdichtung des Kanals 15 durch Aufquetschen eines Endes der Elektrode 10 und Zusammenlöten oder Hartverlöten mit Silberlegierung der Wände der Elektrode 10, um einen dichten Anschlußpunkt zu erzeugen. Das Ergebnis ist ein hermetisch dichtes Funkenentla-

— 9— dungsgerät. 509829/0828

Claims

Patentansprüche

1. Funkenentladungsgerät mit einer Röhre, mit einer ersten und zweiten an den Enden der Röhre befestigten Grundplatte, um mit diesen eine hermetisch dichte Kapsel zu bilden, welche ein isonisierbares Gas enthält, mit je einer ersten und zweiten voneinander getrennten Elektrode, die jeweils koaxial mit der Röhre an der ersten und zweiten Grundplatte befestigt sind und freie Endteile besitzen, die mit sich gegenüberliegenden in einem Abstand voneinander angeordneten Lichtbogenentladungsflächen bestückt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Elektrode (10) ein Kanal (15) ausgebildet ist, um die Kapsel mit dem isonisierbaren Gas aufzufüllen sowie dadurch, daß eine Muffe (3) an der zweiten Grundplatte (2) befestigt ist und von dem Schenkel der zweiten Elektrode (20) durchquert wird, auf den die Muffe (3) in einer relativen Stellung des Schenkels zur Muffe aufgequetscht ist, die einem Sollabstand der Lihtbogenentladungsflächen (11, 21) der. Elektroden entspricht · 5 Q 9 8 2 9 /0 8 2 8 -¹⁰'

2. Funkenentladungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre (5) aus einem keramischen Werkstoff besteht.

3. Funkenentladungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Werkstoff aus mehr als 90 % Tonerde besteht.

4. Verfahren zur Herstellung eines Funkenentladungsgerätes nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Maßnahmen: Montage der ersten und zweiten Elektrode, so daß sie in die Kapsel hineinragen, wobei die erste Elektrode fest längs der Röhrenachse montiert ist und die zweite Elektrode beweglich längs der Kapselachse angeordnet ist, Festlegung eines bestimmten Abstandes zwischen den Enden der ersten und der zweiten Elektrode innerhalb der Kapsel und Arretierung der zweiten Elektrode in einer festgelegten Stellung, welche dem Abstand entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahme der Festlegung des bestimmten Abstandes die folgenden Einzelschritte umfaßt: Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode sowie eine axiale Bewegung der zweiten Elektrode in eine Stellung, in welcher eine bestimmte Zündspannung zwischen der ersten und zweiten Elektrode auftritt.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die folgenden Maßnahmen: Ausspülen des Gases aus der Kapsel durch mindestens einmalige Evakuierung bis auf einem vorgegebenen Druck, Auffüllen der Kapsel mit einem bestimmten Gas bis zu einem bestimmten Druckpegel sowie hermetische Abdichtung der Kapsel.

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