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t)berspannunnsableiter
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Die Erfindung betrifft einen Uberspannungsableiter mit einem gasgefüllten
Gehäuse, vorzugsweise mit Edelgasfüllung, in dem Elektroden einander gegenüberstehen,
die in die Enden eines rohrförmigen Isolierkörpers eingesetzt sind.
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Überspannungsableiter dieser Art sind bereits bekannt (DT-OS 23 47
210). Zur Herabsetzung der Ansprechstoßspannung ist ein solcher Überspannungsableiter
mit mindestens einem Streifen aus Halbleitermaterial versehen, der sich auf der
Innenseite des Isolierkörpers in Richtung von der einen Elektrode zur anderen erstreckt.
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Dieser Streifen wird auch Zündstreifen bzw. Zündstrich genannt, weil
mit dessen Hilfe durch Feldelektronenemission die zum Herabsetzen der Ansprechstoßspannung
notwendigen freien Elektronen im Entladungsraum geliefert werden.
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Die Ansprechspannung von Uberspannungsableitern nimmt für Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten
größer 100 V//us allmählich und bei noch größeren Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten
über 1000 V//us stark zu, wenn keine Vorkehrungen getroffen werden, diese Ansprechstoßspannung
zu reduzieren. Bei großen Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten ergibt sich die hohe
Ansprechstoßspannung aus der ZUndverzögerung, wenn in der Gasentladungsstrecke keine
freien Elektronen vorhanden sind. Zur Herabsetzung der Ansprechstoßspannung müssen
bei
großen Spannungsänder.rgsgeh?indikeiten freie Elektronen vorhanden sein, die durch
radioaktive Dotierung (z.B. Tritium) den Entladungsraum zwischen den Elektroden
stets vorionisieren oder durch Feldelektronenemission an den eingangs erwähnten
ZUndstrichen erzeugt werden, wenn die Ansprechstoßspannung auftritt.
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Es ist auch bereits bekannt, zur Herabsetzung der Ansprechstoßspannung
statt eines Isolierkörpers aus Glas oder Keramik als Gehäuse einen rohrförmigen
Körper aus Halbleitermaterial zu verwenden (DT-OS 23 55 426). Das halbleitende Gehäuse
besteht dabei aus Zinkoxid oder. anderen Metalloxiden und enthält eine Dotierung
aus Wismut- oder Kobaltoxid. Ein derartiges Gehäuse hat den Nachteil, daß es gegenüber
den als Isolierkörper beispielsweise verwendeten billigen Metalloxidkeramiken relativ
teuer ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Uberspannungsableiter
mit reduzierter Ansprechstoßspannung und sehr kurzer Zündverzögerung zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Überspannungsableiter der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Isolierkörper auf seiner Innen- und/oder
Außenfläche mindestens bis in die Bereiche nahe der Übergänge Elektroden-Isolierkörper
mit einem Uberzug aus Halbleitermaterial versehen ist.
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Vorzugsweise enthält der Uberzug aus Halbleitermaterial als Grundsubstanz
Zinkoxid, Titanoxid, Kupferoxid, Eisenoxid einzeln oder Mischungen aus diesen und
als Beimischung Wismutoxid und/oder Kobaltoxid.
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Ein erfindungsgemäßer Uberspannungsableiter hat den Vorteil, daß obwohl
das Gehäuse (Isolierkörper) nicht durchwegs aus Halbleitermaterial besteht, die
Ansprechstoßspannung auf den Ansprechwert des als Überzug verwendeten Halbleitermaterials
beschränkt wird, wenn der halbleitende Überzug auf der Innen- oder Außenseite eines
üblichen, z.B. keramischen Isolierkörpers aufgetragen wird. Der halbleitende, oberflächliche
Überzug der Keramik verbindet dann die beiden Endelektroden, so daß nach Anlegen
der Ansprechstoßspannung die Spannung nach der Kennlinie des halbleitenden Materials
auf eine Höhe begrenzt ist, bis die parallele Gasentladungsstrecke im
allgemeinen
nach wenigen /uns die Entladung übernimmt, sofern die Ansprechspannung der Gasentladungsstrecke
unterhalb der Spannungsbegrenzung durch das Halbleitermaterial liegt.
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Der spannungsbegrenzende halbleitende Überzug des aus Keramik oder
aufgerauhtem Glas bestehenden Isolierkörpers kann vorzugsweise dadurch erzeugt werden,
daß die Mischung der Metalloxide mit ihren Dotierstoffen als feingemahlenes Pulver
in einer Suspension aufgeschlemmt wird, die dann feucht auf die Innen- und/oder
Außenseite des Isolierkörpers aufgetragen wird und dann bei der Sintertemperatur
fest auf die Isolierkörperoberfläche aufgebrannt wird. Bei einem allseitigen Uberzug
eines als Isolierkörper bevorzugt verwendeten Keramikröhrchens mit dem halbleitenden
Material kann das Keramikröhrchen vorteilhafterweise in die halbleitende Suspension
getaucht werden. Für Zinkoxid mit den Dotierungen Wismutoxid und Kobaltoxid beträgt
die Sintertemperatur vorzugsweise zwischen 1000 und 1200 °C.
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Die auf die Innenwand des Isolierkörpers aufgebrachte halbleitende,
dotierte, vorzugsweise Zinkoxidschicht kann aber vorteilhafterweise auch vor der
Randmetallisierung, an die die Endelektroden angelötet werden, enden, so daß die
Zinkoxidschicht keine leitende Verbindung zu beiden Elektroden des Ableiters hat.
Die im Zylinder umlaufende Zinkoxidschicht wirkt dann durch Auslösung von Feldelektronen
an den Rändern erniedrigend auf die Ansprechstoßspannung. Der Abstand des halbleitenden
Überzugs zu den kegelstumpfförmigen Elektroden muß dabei größer sein als der Elektrodenabstand
zwischen den Elektroden, um eine Beeinflussung der Ansprechgleichspannung zu vermeiden.
Die Herstellung des halbleitenden Überzugs im Innern des rohrförmigen Isolierkörpers
kann ebenfalls durch Tauchen erfolgen. Der isolierende Abstand zum metallisierten
Rand des Isolierkörpers kann zweckmäßig entweder nach dem Tauchen herausgewischt
werden oder während des Tauchprozesses in geeigneter Weise abgedeckt werden.
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Die Schicht muß dann ebenfalls mit einer Temperatur zwischen 1000
und 1200 bC auf der Innenwand des Isolierkörpers festgesintert werden.
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Besonders vorteilhaft kann ein erfindungsgemäßer Uberspannungsableiter
ausgebildet werden, wenn auf der Innenseite des Isolierkörpers,
d.h.
im Brennraum, ein halbleitend dotierter Überzug, vorzugsweise eine dotierte Zinkoxidschicht,
aufgebracht und festgesintert wird, die mit beiden Endelektroden nicht in galvanischem
Kontakt steht, so daß die Ansprechstoßspannung der Gasentladungsstrecke durch Feldelektronenemission
erniedrigt wird, und auf der Außenseite eine Schicht aufgebracht wird, die mit beiden
Endelektroden in Kontakt steht, so daß der Schutzpegel des Ableiters durch diesen
halbleitenden Überzug bestimmt wird.
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Im einfachsten Fall ist die Zusammensetzung des auf der Innen- und
Außenseite des Überspannungsableiters aufgebrachten halbleitenden Überzugs gleich.
Die Ausbildung des niedrigsten Schutzpegels kann Jedoch zur Auslösung der Feldelektronen
auf der Innenseite eine andere Zusammensetzung oder Dotierung des aufgebrachten
halbleitenden Überzugs als auf der Außenseite des Isolierkörpers erfordern. Die
Überzüge auf der Innen- und Außenseite können dementsprechend sowohl in ihren Metalloxiden
als auch in ihrer Dotierung den Erfordernissen nach anders zusammengesetzt sein.
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An Hand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit
weiteren Merkmalen näher erläuter werden. Dabei zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Uberspannungsableiter, Fig. 2 einen Längsschnitt durch
einen weiteren erfindungsgemäßen Uberspannungsableiter und Fig. 3 einen Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen ttberspannungsableiter in Form eines Zweistreckenableiters.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen im Schnitt jeweils einen Uberspannungsableiter,
der aufgrund seiner Form auch als Knopfableiter bezeichnet wird. Die zwei Elektroden
1, 2 sind in diesen Ausführungsbeispielen jeweils als kegelstumpfförmiger Napf ausgebildet
und mit der Außenseite der Deckfläche ihrer Kegelstumpfform einander zugekehrt in
die Enden des rohrförmigen Isolierkörpers 3 gasdicht eingesetzt. Die Verbindung
der Elektroden 1 und 2 mit dem z.B. aus Keramik bestehenden Isolierkörper 3 ist
beispielsweise eine Keramik-Metall-Hartlotverbindung. In dem in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der rohrförmige Isolierkörper 3 sowohl auf seiner Innen-
als auch auf seiner Außenfläche bis an die Übergänge
Elektroden
1, 2-Isolierkörper 3 mit einem Überzug 4 aus Halbleitermaterial versehen. Bei dem
in Fig. 2 dargestellten Aus£Ehrungsbeispiel ist der Isolierkörper 3 nur auf seiner
Innenfläche mit einem Überzug 4 aus Halbleitermaterial versehen, der bis in die
Bereiche nahe der Übergänge Elektroden 1, 2-Isolierkörper 3 reicht Der Abstand des
Überzugs 4 zu den Elektroden 1, 2 ist dabei größer als der Abstand der aktiven Oberflächen
der Elektroden 1, 2.
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Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Uberspannungsableiters
in Form eines sogenannten Zweistreckenableiters. Bei diesem Zweistreckenableiter
sind die beiden Elektroden 1, 2 wiederum kegelstumpfförmig ausgebildet und mit den
einander zugekehrten Auswölbungen in die Enden des Isolierkörpers 3 gasdicht eingesetzt.
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Der Isolierkörper 3 ist in seiner Mitte durch eine metallische Ringscheibe,
welche eine Ringelektrode 5 bildet, und in den Spalt zwischen den Elektroden 1,
2 eingreift, in zwei spiegelbildliche Hälften geteilt. Somit sind durch die Ringelektrode
5 und die beiden kegelstumpfförmigen Elektroden 1, 2 zwei Entladungsstrecken gebildet.
Der Isolierkörper 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf seiner Innen- und Außenfläche
mit einem Überzug 4 aus Halbleitermaterial versehen, der sich über die gesamte Isolierkörperoberfläche
bis an die Übergänge Elektroden 1, 2-Isolierkörper 3-Ringelektrode 5 erstreckt.
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6 Patentansprüche, 3 Figuren.
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