DE3233584C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine elek­ trische Entladungsstrecke, bestehend aus einem metal­ lischen Werkstoff, in dem ein Füllmaterial in mehreren Ausnehmungen eingelagert ist, welches den Elektronen­ austritt aus der Elektrodenoberfläche begünstigt. Außer­ dem wird ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode angegeben.

Elektrische Entladungsstrecken werden häufig als Schal­ ter verwendet. Andere Anwendungsmöglichkeiten liegen z. B. im Initiieren gewünschter Verbrennungsvorgänge, in der Überspannungsbegrenzung und in der Erleichterung gewünschter Funken- bzw. Gasentladungen.

Die Elektroden sind dabei so auszubilden und anzuordnen, daß sich ein optimaler Arbeitsbereich einstellt bzw. daß die erforderliche Ionisierung der Entladungsstrecke be­ reits bei relativ geringer Spannungsdifferenz eintritt.

Die DE-PS 5 66 633 beschreibt eine Zündkerzenmittelelektro­ de, bei der in ein relativ leicht verdampfendes Matrix- Material, wie Chrom oder Kobalt, Drähte aus einem schwerer verdampfenden Werkstoff, z. B. aus Wolfram, eingebettet sind. Im Betrieb wird die leichter verdampfbare Komponente zuerst abgetragen, so daß die herausragenden Wolfram- Drähte eine entsprechende Feldverdichtung des elektrischen Feldes herbeiführen und damit den Zündvorgang erleichtern.

Aus der gattungsbildenden DE-28 28 650 B2 ist ein gasgefüllter Überspan­ nungsableiter bekannt, welcher koaxiale Metallelektroden aufweist, bei denen in mehreren konzentrischen, ringför­ migen Ausnehmungen ein Füllmaterial eingelagert ist, wel­ ches den Elektronenaustritt aus der Elektrodenoberfläche begünstigt. Die Elektroden bestehen dabei aus Kupfer, und als Füllmaterial wird eine Elektroden-Aktivierungsmasse aus Aluminiumpulver und Magnesiumoxid gewählt.

Die DE-OS 25 08 183 beschreibt eine Funkenstrecke, deren Elektroden mit einem Stoff dotiert sind, der eine geringere Elektronenaustrittsarbeit aufweist als das Elektrodenmaterial.

Die DE-OS 26 39 816 zeigt einen Gasentladungs-Über­ spannungsableiter mit einem gasgefüllten Gehäuse, wobei zumindest eine Elektrode auf ihrer Stirnseite eine Schicht hoher Elektronenemissionsfähigkeit aufweist, wel­ che zumindest eine halbleitende Metallverbindung enthal­ ten soll.

Die CH-PS 3 91 861 offenbart eine beispielsweise in Blitz­ ableitern verwendbare Vakuum-Funkenstrecke, bei der die Oberflächen der Elektroden eine Beschichtung aus Molybdän oder einem anderen schwer schmelzbaren Material aufweisen, die Ausnehmungen auskleidet, in denen als Füllmaterial eine Nickel-Zinnlegierung eingebracht ist. Die wirksame Elektro­ denoberfläche wird dabei aus dem Beschichtungsmaterial und dem Füllmaterial gebildet.

Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, bei einer Elektrode (z. B. für Vakuum-, Gas- oder Flüssigkeitsent­ ladungssstrecken) der eingangs genannten Art, ein besonders günstiges Ansprechverhalten hinsichtlich Zündspannung, de­ finiertem Arbeitsbereich und Langzeitstabilität zu erhalten.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt gemäß der Erfin­ dung dadurch, daß die Elektrode aus einem Verbundwerkstoff besteht, bei dem in ein Matrix-Material hoher elektrischer Leitfähigkeit Rohre aus einem Material hoher Abbrandfestig­ keit eingelagert sind, und daß in die durch das Matrix- Material untereinander verbundenen Rohre das Füllmaterial eingelagert ist. Die prinzipielle Überlegung besteht darin, in das Rohrmaterial einen metallenen und/oder nichtmetal­ lenen Füllstoff einzubringen, welcher den Elektronenaustritt aufgrund geringer Austrittsarbeit des Füllmaterials bzw. eines besonderen Kathodeneffektes (elektrische Doppelschicht, Hohlkathode u. a.) begünstigt. Ein solcher Elektrodenaufbau, bei dem die Elektrode aus einem Verbundwerkstoff besteht und bei dem in der Elektrodenoberfläche drei unterschiedliche Materialien wirksam werden, bietet besondere Vorteile und ermöglicht eine Optimierung des Ansprechverhaltens von Funkenstrecken, da sich z. B. Werkstoffe geringer Aus­ trittsarbeit an Stellen erhöhter elektrischer Feldstärke gezielt implantieren lassen. Die daraus resultierende Verbesserung der Emissionsbedingungen läßt eine Optimie­ rung des statischen und dynamischen Ansprechverhaltens der Funkenstrecke erwarten. Ein besonderer Vorteil liegt in der Langzeitkonstanz des Ansprechverhaltens. Außerdem bleibt bei den vorgeschlagenen Elektroden aus Rohrver­ bundwerkstoff der Oberflächenanteil der den Elektronen­ austritt begünstigenden Füllstoffe auch nach dem Anspre­ chen der Funkenstrecke konstant.

Der Füllstoff kann dabei wenigstens eine Komponente mit geringerer Austrittsarbeit als das Matrix- und Rohrma­ terial, beispielsweise wenigstens eine Komponente aus der Gruppe der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle, vorzugs­ weise Magnesium oder Barium, enthalten. Eine andere Ausbildung besteht darin, als Füllstoff Magnesium, Aluminium oder vorteilhaft eine Magnesium-Aluminium­ legierung (Elektron) zu verwenden. Außerdem kann bei dem Füllstoff eine Oxid-Komponente, beispielsweise Bariumoxid oder eine Oxidmischung,verwendet werden. Zweckmäßig sind in der Elektrode mehr als 30 Rohre ein­ gelagert. Der Anteil des Rohrmaterials liegt vorteilhaft unterhalb von 40 Gew.% und der Anteil des Füllmaterials unterhalb von 20 Gew.% des gesamten Verbundwerkstoffes.

Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung kann darin liegen, daß der Füllstoff in Verbindung mit dem umgebenden, insbesondere gasförmigen Medium eine elektro­ positive Oberflächenschicht bildet.

Es kann ferner zweckmäßig sein, daß das Matrix-Material z. B. durch Ätzen selektiv aus der Elektrodenoberfläche entfernt ist. Dadurch ergibt sich eine Spitzenwirkung im Bereich des Füllstoffes.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines sol­ chen Verbundwerkstoffes läßt sich dadurch ausführen, daß Doppelrohre verwendet werden, bei denen ein inneres Rohr aus einem Material hoher Abbrandfestigkeit mit einem Mantelrohr aus Matrix-Material hoher elektrischer Leit­ fähigkeit umgeben ist, und bei dem das Innenrohr einen Füllmaterialkern aufweist, wobei die gefüllten Doppel­ rohre zum Verbundwerkstoff gemeinsam spanlos verformt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Funkenstrecke mit Elektroden gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Funkenstrecke längs der Linie 2-2 in Fig. 1.

In Fig. 1 sind auf Elektrodenträgern 1, 2, welche den Innenraum eines rohrförmigen Funkenstreckenkörpers 3 abschließen, Elektroden 4, 5 angeordnet.

Wie der Querschnitt in Fig. 2 erkennen läßt, bestehen die Elektroden, z. B. die Elektrode 4, aus einer Kupfermatrix 6, in die 40 Rohre 7 eingelagert, und mit einem Füllstoff 8 gefüllt sind. Die Rohre 7 bestehen aus einem Werkstoff mit verhältnismäßig hoher Abbrandfestigkeit, im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Edelstahl. Als Füllstoff 8 wird eine Magnesium-Aluminiumlegierung (Elektron) verwendet.

Die Rohre 7 werden vor der gemeinsamen Verformung mit der feinkörnigen Magnesium-Aluminiumlegierung gefüllt, mit einem Mantelrohr aus Matrix-Material (Kupfer) ummantelt und bei zwischengeschalteter Wärmebehandlung als Verbundkörper durch Ziehen spanlos verformt.

Der ursprüngliche Durchmesser der Doppelrohre beträgt 10 mm bei einer Wandstärke des inneren Edelstrahlrohres von 1 mm. Die Wandstärke des umkleideten Kupferrohres ist mit 3 mm gewählt. Das Endprodukt mit 40 in die Matrix eingelagerten Rohren hat einen Durchmesser von 5 mm.

Die Anordnung der Elektroden in Bezug auf den Elektrodenträger kann in verschiedener Weise erfolgen. Für bestimmte Anmeldungszwecke läßt sich auch eine Vielzahl von Elektroden auf einem gemeinsamen Elektrodenträger anbringen.

Claims (7)

1. Elektrode für eine elektrische Entladungsstrecke, bestehend aus einem metallischen Werkstoff, in dem ein Füllmaterial in mehreren Ausnehmungen ein­ gelagert ist, welches den Elektronenaustritt aus der Elektrodenoberfläche begünstigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (4, 5) aus einem Verbundwerkstoff besteht, bei dem in ein Ma­ trixmaterial (6) hoher elektrischer Leitfähigkeit Rohre (7) aus einem Material hoher Abbrandfestig­ keit eingelagert sind, und daß in die durch das Matrixmaterial (6) untereinander verbundenen Rohre (7) das Füllmaterial (8) eingelagert ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehr als 30 Rohre (7) eingelagert sind.

3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anteil des Rohrmaterials un­ terhalb von 40 Gew.% und der Anteil des Füllmaterials unterhalb von 20 Gew.% des gesamten Verbundwerkstoffes liegen.

4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Matrixmaterial (6) zur Er­ zielung einer Spitzenwirkung selektiv aus der Elek­ trodenoberfläche entfernt ist.

5. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Füllmaterial (8) in Verbindung mit dem umgebenden Medium eine elektropositive Oberflä­ chenschicht bildet.

6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Füllmaterial (8) eine Magne­ sium-Aluminiumlegierung enthält.

7. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Doppelrohre verwendet werden, bei denen ein inneres Rohr aus einem Material hoher Abbrandfestigkeit mit einem Mantelrohr aus Matrix­ material hoher elektrischer Leitfähigkeit umgeben ist und bei dem das Innenrohr einen Füllmaterialkern auf­ weist, und daß die gefüllten Doppelrohre zum Verbund­ werkstoff gemeinsam spanlos verformt werden.