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Gasentladungs-Überspnnungsableiter
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Die Erfindung betrifft einen Gasentladungs-8berspannungsableiter mit
einem gasgefüllten Gehause, vorzugsweise mit Edelgasfüllung, in dem einander Elektroden
gegenüberstehen, die zumindest auf ihren einander zugekehrten Stirnseiten eine Alkali-
oder Erdalkalimetall und als zusätzlichen Bestandteil Aluminium enthaltende Schicht
hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit aufweisen.
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Gasentladungs-Uberæpannungsableiter mit einem gasdichten Cehäuse,'vorzugsweise
mit Edelgasfüllung, in dem einander Elektroden gegenüberstehen, von denen zumindest
eine Elektrode auf ihrer Stirnseite eine Alkalimetall enthaltende Schicht hoher
thermischer Elektronenemissionsfähigkeit aufweist, die als zusätzlichen Bestandteil
Titan enthält, wobei die Bestandteile der Schicht als pastenförmige Mischung eines
Alkalihalogenids mit Titanhydrid auf die Elektroden aufgebracht sind, sind bereits
bekannt (DT-PS 1 951 601).
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Weiterhin sind bereits Gasentladungs-8berspannungsableiter bekannt,
bei denen zumindest eine Elektrode auf ihrer Stirnseite eine Schicht mit einer Substanz
hoher Elektronen-
emissionsfähigkeit, vorzugsweise Barium, aufweist,
die als zusätzlichen Bestandteil Aluminium enthält, wobei sämtliche Bestandteile
der Schicht als Legierung verbunden sind (DT-AS 1 950 090).
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Es ist ferner bekannt, für die Elektrodenaktivierungsschicht als Substanz
hoher thermischer Elektronenemissionsfähigkeit Thoriumoxid und als zusätzlichen
Bestandteil Nickel zu verwenden und sämtliche Bestandteile der Schicht als pulverförmige
Mischung auf die Elektroden aufzusintern (DT-OS 1 935 734).
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Die Eigenschaften von Gasentladungs-8berspannungsableitern hängen
weitgehend von den physikalisch-technischen Gegebenheiten ihrer Kaltkathoden ab.
Die Elektroden der Gasentladungs-2berspannungsableiter werden mit einer Aktivierungsschicht
versehen, um spezielle elektrische Eigenschaften der Gasentladungs-Uberspannungsableiter
zu erreichen. Bisher wurden für unterschiedliche Eigenschaften auch unterschiedliche
Elektrodenaktivierungen verwendet. Es ist bekannt, für einen niedrigen Lichtbogenübergang,
verbunden mit geringer Verlustleistung, thoriumoxidhaltige Elektrodenaktivierungen
zu verwenden. Für lange Lebensdauer, d.h. großen Ladungstransport, verwendet man
vorteilhafterweise Kaliumbromid in Verbindung mit Titan oder Titanhydrid. Diese
Elektrodenaktivierungen haben aber den erheblichen Nachteil, daß große Schwankungen
der Ansprechgleichspannung auftreten, die im allgemeinen zu häufigen Prüffeldausfällen
führen und daher ökonomisch ungünstig sind. Legt man auf gleichbleibende Ansprechgleichspannung
Wert, so empfiehlt sich Barium-Aluminium als Elektrodenaktivierung. Die einzelnen
Elektrodenaktivierungen mit ihren speziellen Vorteilen haben meist den Nachteil,
daß sie andere wichtige Eigenschaften nur schlecht oder gar nicht haben. Barium-Aluminium
als Elektrodenaktivierung mit kon-
stanter Ansprechgleichspannung
hat z.B. wegen des größeren Lichtbogenübergangs eine kleine Lebensdauer und gestattet
deswegen nur einen verhältnismäßig kleinen Stromtransport. Umgekehrt haben Kalium-Bromid-Elektrodenaktivierungen
eine große Lebensdauer und gestatten einen großen Stromtransport, allerdings bei
verhältnismäßig stark schwankender Ansprechgleichspannung.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine universelle Elektrodenaktivierung
zu schaffen, die allen geforderten Eigenschaften brauchbar genügt und möglichst
keinen der aufgezeigten Nachteile aufweist. Diese Aufgabe wird bei einem Gasentladungs-Überspanaungsableiter
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bestandteile
der Schicht als pastenförmige Mischung eines Alkali- oder Erdalkali-Aluminium-Fluorids,
-Chlorids oder -Silicats auf die Elektroden aufgebracht sind.
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Die Schicht hoher Elektronenemissionsfähigkeit enthält vorzugsweise
Kalzium- oder Barium-Aluminium-Fluorid oder -Chlorid oder Kalium-Aluminium-Fluorid
oder-Chlorid. Der Alkali- oder Erdalkalianteil der Schicht ist dabei insbesondere
etwa gleich dem Aluminiumanteil. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Schicht
aus Kalium-Aluminium-Fluorid erwiesen, die O - 30 Gew.% Zirkonoxid enthält.
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Die erfindungsgemäße Elektrodenaktivierungsschicht hat den Vorteil,
daß die Verbindungen stabil, einechmelzaicher und nicht toxisch sind. Der Alkalianteil
bedingt einen niedrigen Lichtbogenübergang. Der Aluminiumanteil sorgt für eine konstante
Brennspannung. Die neue Verbindung findet daher als universelle Elektrodenaktivierung
Verwendung.
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Die Bestandteile der Schicht sind zweckmäßig als Pulver in einer chemisch
inaktiven Flüssigkeit pastenförmig vermengt auf die Elektroden aufgebracht. Als
Flüssigkeit eignen sich organische Lösungsmittel mit hohem Dampfdruck, insbesondere
Alkohol oder Dibromäthan.
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Die erfindungsgemäße Elektrodenaktivierungsschicht hoher Elektronenemissionsfähigkeit
ist besonders gut auf Elektroden aufbringbar, die auf ihren einander zugekehrten
Stirnseiten mit einem metallischen Ring versehen sind, der die Elektroden zu Rohlelektroden
macht. Bei Gasentladungs-Überspannungsableitern mit derartigen Hohlelektroden wird
die Aktivierungsschicht in der Hohlkehle zwischen Elektrodenoberfläche und vorzugsweise
aufgeschweißtem metallischem Ring bevorratet und garantiert so eine besonders gute
Haftfestigkeit und damit lange Lebensdauer des Gasentladungs-Uberspannungsableiters.
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An Hand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit
weiteren Merkmalen näher erläutert werden. Dabei zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Gasentladungs-Uberspannungsableiter und Fig. 2 einen
Längsschnitt durch einen anderen erfindungsgemäßen Gasentladungs-8berspannungsableiter.
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In Fig. 1 ist ein Gasentladungs-berspannungsableiter dargestellt;
dieser wird auf Grund seiner Form, die besonders kleine Abmessungen des Ableiters
gestattet, auch Knopfableiter genannt. Dieser Rnopfableiter weist zwei kegelstumpfförmige
Elektroden 2 und 3 auf, die mit einander zugekehrten Auswölbungen in einen rohrförmigen
Isolierkorper 1 gasdicht eingesetzt sind. Als Werkstoff für den Isolierkörper 1
dient vorzugsweise Glas oder Keramik, während die Elektroden 2,3 beispielsweise
aus Kupfer oder einer lli-Fe-
bzw. Ni-Fe-Co-Legierung bestehen.
Auf die einander gegenüberliegenden Elektroden 2,3 ist jeweils eine Schicht 4 hoher
thermischer Elektronenemissionsfähigkeit aufgebracht, die beispielsweise aus X-Al-Fluorid
besteht. Die Schicht 4 wird bei dem Einschmelzvorgang in den waffelförmigen Vertiefungen
7 in den Elektroden 2,3 festgesintert.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Gasentladungs-Überspannungsableiter
sind die Elektroden 2,3 wiederum kegelstumpfförmig ausgebildet und mit ihren 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 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 Rohlelektroden macht. Auf die Elektroden
2,3 mit dem vorzugsweise aufgeschweißten und aus Eisen bestehenden Ring 5 ist die
Schicht 4 aus dem Material hoher Elektronenemissionsfähigkeit in der Hohlkehle zwischen
Elektrodenoberfläche und metallischem Ring aufgebracht. Die Aktivierungsschicht
4 kann auf Grund des innerhalb des metallischen Ringes 5 gebildeten Hohlraums in
großer Menge bei zugleich guter Haftung aufgetragen werden. Man erreicht damit eine
Vorratskathodeneigenschaft der beiden mit dem 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 Gasvolumen im Arbeitsspalt leichter ausdehnen
kann, so daß der Isolierkörper 1 des gasdichten Gehauses durch innere Druckwellen
auch bei hohen Stoßstrombelastungen der Elektroden 2,3 praktisch nicht gefährdet
ist.
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Gestaltet man den Ring 5 an seiner oberen Außenkante scharfkantig,
erhält man eine weitere Zündspannungserniedrgung,
eil durch die
scharfe Kante die elektrischen Feldlinien verdichtet werden und dadurch die elektrische
Feldstärke erhöht wird.
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Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht
beschrKnkt. Die Elektroden müssen nicht unbedingt Xegelstumpfförmig sein; sie können
beispielsweise auch kapnen-oder zylinderförmig sein. Die erfindungsgemäße Elektrodenaktivierungsschicbt
läßt sich vorteilhaft auch bei Zweistrecken-2berspannungsableitern 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
Entladungsatrecken gebildet sind. Auch hier können sowohl die beiden Elektroden
als auch die zusätzliche Ringelektrode mit metallischen Ringen versehen sein, die
diese Ringelektroden zu Hohl- bzw.
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Vorratskathoden machen, die zur Aufnahme größerer Mengen an Elektrodenaktivierungsmaterial
fähig sind. Schließlich ist die Schicht aus Elektrodenaktivierungsmaterial auch
bei über eine Steuerelektrode getriggerten Gasentladungsröhren, sog. Kaltkathodenthyratrons,
mit Vorteil verwendbar. Das Aufbringen und Anordnen der Schicht geschieht in der
gleichen Weise wie bei den in den Figuren dargestellten oberspannungsableitern.
Der Unterschied besteht lediglich darin, daß bei diesen Kaltkathodenthyratrons der
von den Elektroden begrenzte Entladungsraum zusätzlich von außen über eine in Höhe
des Entladungsraums um den Isolierkörper herumgelegte Steuerelektrode, beispielsweise
in Form eines Metal«drahtes oder -bandes, beeinfluß- bzw. steuerbar ist.
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5 PatentanæpEiche 2 Figuren
L e e r s e i t e