DE2619866B2 - Gasentladungsröhre, insbesondere Überspannungsableiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungsröhre, *o insbesondere Überspannungsableiter, mit einem gasdichten, mit Edelgas gefüllten Gehäuse und mit einander gegenüberstehenden Elektroden, von denen zumindest eine auf ihrer Stirnseite eine Titan, Alkalihalogenid und eine Barium-Aluminium-Legierung enthaltende, als *5 pastenförmige Mischung aufgebrachte Schicht hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit aufweist.

Aus der DE-AS 19 50 090 ist ein Gasentladungs-Überspannungsableiter bekannt, bei dem eine Schicht auf der Stirnseite mindestens einer Elektrode Barium so und Aluminium enthält, wobei sämtliche Bestandteile der Schicht als Legierung verbunden sind.

Aus der DE-PS 19 51 601 ist ein Gasentladungs-Überspannungsableiter mit einer Titan und Alkalimetall enthaltenden Schicht auf der Stirnseite mindestens einer Elektrode bekannt, wobei das Titan als Titanhydrid in der auf der Elektrode aufzubringenden pastenförmigen Mischung enthalten ist. Einen entsprechenden Vorschlag enthält die ältere Anmeldung (DE-PS 25 37 964), wonach das Titanhydrid in der Mischung mit Alkalihalogenid und einer Barium-Aluminium-Legierung beim Formierprozeß zu metallischem Titan umgewandelt wird.

Es ist ferner aus der DE-OS 19 35 734 bekannt, für eine Elektrodenaktivierungsschicht als Substanz hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit Thorium-Oxid und als zusätzlichen Bestandteil Nickel zu verwenden und sämtliche Bestandteile der Schicht als pulverförmige Mischung auf die Elektroden aufzusintern.

Für Gasentladungsröhren mit niedriger Ansprechspannung benötigt man Kaltkathoden mit kleiner Elektronenaustrittsarbeit. Die Elektroden werden deshalb mit einer Aktivierungsschicht versehen, die sich im allgemeinen auch durch einen niedrigen Lichtbogenübergang auszeichnen, so daß bei stromstarken Entladungen die Verlustenergie in der Gasentladungsröhre klein bleibt. Diese Eiektrodenaktivierungsschicht enthält mehrere Bestandteile, die nach dem eingangs geschilderten Stand der Technik als pastenförmige Mischung auf die Elektrode bzw. auf die Elektroden aufgebracht sein können. Die aufgebrachte Mischung besteht im allgemeinen aus thermisch leicht zerfallenden Metallverbindungen. Durch thermische Behandlung in einem Formierprozeß entstehen daraus die metallischen Bestandteile der Aktivierungsschicht, die die gewünschte niedrige Austrittsarbeit und den niedrigen¹ Lichtbogenübergang gewährleisten. Bei pumpstengellosen Überspannungsableitern mit Glas- oder Keramikisoücrkörpcrn, bei denen Reaktionsprodukte der thermischen Umwandlung nicht über einen Pumpstengel aus den Ableitern entfernt werden können, sind thermisch leicht zerfallende Metallverbindungen ungeeignet. Bei pumpstengellosen Überspannungsableitern wird deshalb durch den Formierprozeß mit einetr Hydrid aus Alkali- und Erdalkali\ erbindungen, die während des Einschmelzprozesses, d. h. während des vakuumdichten Verbindens der Elektroden mit dem Isolierkörper, thermisch stabil sind, freies Alkali- oder Erdalkalimetall erzeugt, wobei außerdem nur chemische Verbindungen mit kleinem Dampfdruck entstehen, die die elektrischen Eigenschaften des Überspannungsabieiters nicht beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungsröhre, insbesondere einen Überspannungsableiter, zu schaffen, die sich durch stabile Ansprechspannung bei Stromstärken Belastungen und durch hohe Lebensdauer bei gleichbleibenden elektrischen Eigenschaften auszeichnet. Bei der Fertigung sollen Streuungen möglichst gering sein. Darüber hinaus soll die Bedingung für pumpstengellose Gasentladungsröhren strengstens eingehalten werden, daß weder bei der Herstellung noch im Betrieb gasförmige Reaktionsprodukte entstehen dürfen, die die Eigenschaften der Gasentladungsröhre beeinträchtigen würden.

Diese Aufgabe wird bei einer Gasentladungsröhre der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Titan dieser pastenförmigen Mischung in metallischer Form vorliegt.

Gegenüber dem Titanhydrid in der Mischung hat das meta'lische Titan den Vorteil, daß bei der Formierung kein Hydrid zerfällt, dessen dabei entstehender Wasserstoff nachteilig für die Eigenschaften des Ableiters wäre.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält die pastenförmig aufzubringende Mischung zu dem Alkalihalogenid, der Barium-Aluminium-Legierung und dem metallischen Titan noch Siliciumdioxid.

Vorzugsweise enthält die pastenförmig aufzubringende Mischung anteilig an Gewichtsprozenten ein Alkalihalogenid zwischen 10% und 96%, insbesondere 40%, Barium-Aluminiurn-Legierung zwischen 1% und 70%, insbesondere 27%, metallisches Titan zwischen 4% und 70%, insbesondere 27%, und Siliciumdioxid zwischen 1 % und 30%. insbesondere 6%.

Die Bestandteile sind zweckmäßig als Pulver in einer Korngröße zwischen 0,2 und 50 μ mit einer chemisch inaktiven Flüssigkeit pastenförmig vermengt auf die Stirnseite der Elektrode bzw. der Elektroden aufgebracht.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß die günstige Materialzusammensetzung der Elektrodenaktivierungsschicht für Gasentladungsröhren, insbesondere Überspannungsableiter, bei Wechselstrom- und Stoßstiombelastungen eine geringe Veränderung der elektrischen Kenndaten und eine hohe Stromtransportfähigkeit bei stabiler Ansprechspannung garantiert. Die lange Lebensdauer auch im Wechselstrombereich wird dadurch erreicht, daß der Lichtbogenübergang von der Glimm- in die Bogenentladung bei sehr niedrigen Stromstärken unter 0,1 A auftritt.

Die erfindungsgemäße Elektrodenaktivierungsschicht eignet sich besonders gut für Elektroden, die auf ihren einander zugekehrten Stirnseiten mit einem metallischen Ring versehen sind, der die Elektroden zu Hohlelektroden macht. Bei Gasentladungsröhren mit derartigen Hohieiektroden wird die Aktivierungsschicht in der Hohlkehle zwischen Elektrodenouerfläche und vorzugsweise aufgeschweißtem metallischem Ring bevorratet und garantiert so eine besonders lange Lebensdauer, insbesondere für einen Gasentladungs-Überspannungsableiter. Die Elektrodenaktivierungsschicht kann auch bei Gasentladungsröhren mit Kupferelektroden vorteilhaft verwendet werden, wenn die hohle Elektrodenform durch einen Ziehvorgang gebildet ist.

Da die Verlustenergie und deswegen die Verdampfungsrate der Elektrodenaktivierungsschicht auch bei großen Stromstärken sehr gering ist, eignet sich diese Elektrodenaktivierungsschicht vorteilhafterweise auch bei Gasentladungs-Überspannungsableitern, die zur Erniedrigung der Zündspannung mit sogenannten Zündstreifen oder Zündstrichen auf der Innenseite des Isolierkörpers ausgerüstet sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Gasentladungs-Überspannungsableiter mit flachen Elektroden und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Gasentladungs-Überspannungsableiter mit Hohlelektroden.

In Fig. 1 ist ein Gasentladungs-Überspannungsableiter mit zwei flachen Elektroden dargestellt. Dieser Ableiter wird aufgrund seiner Form, die besonders kleine Abmessungen des Ableiters gestattet, auch Knopfabieiter genannt. Dieser Knopfabieiter weist zwei im ganzen kegelstumpfförmige Elektroden 2 und 3 auf. die mit einander zugekehrten Auswölbungen in einen rohrförmigen Isolierkörper I gasdicht eingesetzt sind. Als Werkstoff für den Isolierkörper 1 dient vorzugsweise Glas oder Keramik, während die Elektroden 2, 3 beispielsweise aus Kupfer, einer Ni-Fe- bzw. Ni-Fe-Co-Legierung bestehen. Auf die einander gegenüberliegenden Elektroden 2, 3 ist jeweils eine Schicht 4 einer pastenförmigen Mischung, bestehend aus einem Alkalihalogenid, Barium-Aluminium-Legierung, Titan und Siliciumdioxid, aufgetragen. Die Elektrodenaktivierungsschicht 4 wird durch den Einschmelzvorgang in den waffeiförmigen Vertiefungen 7 der Elektroden 2, 3 verankert.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Gasentladungs-Über· spannungsableiter sind die Elektroden 2,3 wiederum im ganzen kegels'umpfformig ausgebildet und mit einander zugekehrten Stirnflächen in die Enden eines rohrförmigen Isolierkörpers 1 über eine Glaseinbettung 6 gasdicht eingesetzt Das von den Elektroden 2, 3 und dem Isolierkörper 1 gebildete Gehäuse ist vorzugsweise mit einem Edelgas gefüllt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Elektroden 2, 3 auf ihren einander zugekehrten Oberflächen mit einem metallischen Ring 5 versehen, der die Elektroden 2, 3 zu Hohlelektroden macht. Auf die Elektroden 2, 3 mit dem vorzugsweise aufgeschweißten und aus Eisen bestehenden Ring 5 ist die Schicht 4 aus einem Material hoher Elektronenemissionsfähigkeit aufgebracht, wobei sie in der Hohlkehie zwischen Elektrodenoberfläche und metallischem Ring verstärkt und bis an dessen oberen Rand hochgezogen ist. Die Aktivierungsschicht 4 kann aufgrund des innerhalb des metallischen Ringes 5 gebildeten Hohlraums in großer Menge bei zugleich guter Haftung aufgetragen werden. Man erreicht danv'_; eine Vorratskathodeneigenschaft der beiden mit Jen Ring 5 versehenen Elektroden 2, 3. Die Haftung der Aktivierungsschicht 4 läßt sich auch hier noch erhöhen, wenn die Elektroden 2, 3 auf ihrer aktiven Oberfläche mit einer nicht dargestellten Waffelung versehen sind, die zur Aufnahme der Schicht 4 dient Dieses Ausführungsbeispiel hat außerdem den Vorteil, daß sich das Gas im Arbeitsspalt leichter ausdehnen kann, so daß der Isolierkörper 1 des gasdichten Gehäuses durch innere Druckwellen auch bei hohen Stoßstrombelastungen der Elektroden 2, 3 praktisch nicht gefährdet ist Gestaltet man den Ring 5 an seiner oberen Außenkante scharfkantig, erhält man eine weitere Zündspannungserniedrigung, weil durch die scharfe Kante die elektrischen Feldlinien verdichtet und damit die elektrische Feldstärke erhöht wird.

Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Die Elektroden müssen ni.ht unbedingt kegelstumpfförmig sein. Sie können beispielsweise auch kappen- oder zylinderförmig sein. Die ElektrcJenaktivierungsschicht läßt sich vorteilhaft auch bei Zweistreckenüberspannungsableitern verwenden, bei denen in die von den beiden Elektroden begrenzte Entladungsstrecke eine gelochte Ringelektrode hineinragt, so daß dann mit dieser und den beiden Elektroden zwei Entladungsstrecken gebildet sind. Auch hier können sowohl die beiden Elektroden als auch die zusätzliche Ringelektrode mit metallischen Ringen versehen sei.i, die diese Elektroden zu Hohl- bzw. Vorratskathoden machen, weil sie zur Aufnahme größerer Mengen an Elektrodenaktivierungsmaterial fähig sind. Schließlich ist die Schicht aus Elektrodenaktivierungsr-.iterial auch bei über eine Steuerelektrode getriggerten Gasentladungsröhren, sogenannten KaItkathodenthyratrons, s.iit Vorteil verwendbar. Das Aufbringen und Anordnen der Schicht geschieht in der gleichen Weise wie bsi den in den Figuren dargestellten Überspannungsableiter^ Der Unterschied besteht lediglich darin, daß bei diesen Kaltkathodenthyratrons der von den Elektroden begrenzte Entladungsraum zusätzlich von außen über eine in Höhe des Entladurigsraums um den Isolierkörper herum gelegte Steuerelektrode beispielsweise in Form eines Metalldrahtes oder -bandes beeinfluß- bzw. steuerbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gasentladungsröhre, insbesondere Überspannungsableiter, mit einem gasdichten, mit Edelgas gefüllten Gehäuse und mit einander gegenüberstehenden Elektroden, von denen zumindest eine auf ihrer Stirnseite eine Titan, Alkalihalogenid und eine Barium-Aluminium-Legierung enthaltende, als pastenförmige Mischung aufgebrachte Schicht hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Titan dieser pastenförmigen Mischung in metallischer Form vorliegt.

2. Gasentladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pastenförmig aufgebrachte Mischung weiterhin Siliciumdioxid enthält.

3. Gasentladungsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die pastenförmig aufgebrachte Mischung anteilig an Gewichtsprozenten ein Alkalihalogenid zwischen 10% und 95%, Barium-Aluminium-Legierung zwischen 1% und 70%, metallisches Titan zwischen 4% und 70% und Siliciumoxid zwischen 1 % und 30% enthält.

4. Gasentladungsröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die pastenförmig aufgebrachte Mischung anteilig an Gewichtsprozenten 40% Alkalihalogenid, 27% Barium-Aluminium-Legierung, 27% metallisches Titan und 6% Siliciumdioxid enthält

5. Gasentladungsröhre nach einem der Ansprüehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile der pastenförmig aufgebrachten Mischung als Pulver in einer Korngröße zwischen 0,2 und 50 μ mit einer chemisch inaktiven Flüssigkeit vermengt sind.