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Trägheitsarm ansprechende Funkenstreckenanordnung Die Erfindung bezweckt,
bei Funkenstreckenanordnungen, insbesondere solche zur Erzeugung von Spannungsstößen
oder Hochfrequenz, ein gleichmäßiges, kontinuierliches Arbeiten zu gewährleisten.
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Legt man an eine Funkenstreckenanordnung mit steilem Anstieg eine
Spannung, die beispielsweise 20°/o höher als die statische Durchbruchsspannung der
Funkenstrecke ist, so vergebt eine gewisse Zeit bis zum Einsatz des Funkens. Diese
Zeit ist abhängig von der Struktur der Metalloberfläche oder der sie bedekkenden
Oxydschicht. Metalle mit einer niedrigen Elektronenaustrittsarbeit haben einen kleinen
zeitlichen Verzug, z. B. Aluminium und Magnesium einen solchen in der Größenordnung
von io-' Sek. Andere Metalle, wie z. B. Kupfer, haben die Eigenschaft, sich mit
einer dünnen Oxydulschicht zu überziehen, die die Eigenschaft hat, den Elektronenaustritt
aus der Metalloberfläche zu bremsen oder ganz zu verhindern. Bei diesen Metallen
können mehrere msec vergehen, bis der Funkenüberschlag bei der angegebenen Überspannung
stattfindet. Andererseits haben bei Funkenstreckenanordnungen, die im Dauerbetrieb
mit sehr hohen Belastungen arbeiten, gerade die letztaufgeführten Metalle erfahrungsgemäß
die längste Lebensdauer und werden in der Praxis, z. B. bei der Herstellung von
Blasfunkenhochfrequenzerzeugern, mit Vorteil benutzt. In der Praxis werden außerdem,
vor allem bei der Erzeugung starker Leistungen oder hoher Stoßzahlen, Funkenzahlen
zwischen iooo und Zoo ooo Sek. benutzt, bei denen eine so geringe Zeit von Funke
zu Funke vergeht, daß das Kupfer inzwischen keine Zeit hat, sich mit einer Oxydulschicht
zu überziehen. Als Folge davon tritt der geschilderte Funkenverzug nach Eintritt
der ersten Zündung anschließend nicht mehr in Erscheinung. Wird eine solche Anlage
jedoch häufig ein- und ausgeschaltet, so entstehen beim Einschaltvorgang des Hochspannungstransformators
jedesmal erhebliche Überspannungen, die erst verspätet infolge der Oxydulschicht
zu dem Funkendurchbruch führen. Liegt in der Schaltung
ein Hochspannungskondensator,
so tritt bei knapper Dimensionierung desselben beim Auftreten eines solchen Spannungsstoßes
schon ein Durchschlag im Kondensator auf, bevor die Funkenstrecke anspricht. Die
Ausbildung von Durchschlagsentladungen im festen und flüssigen Dielektrikum benötigt
bei solchen Spannungen nur wenige ,usec und geht somit rascher vor sich als der
Durchschlag in der verzögerf arbeitenden Funkenstrecke. Um diesem Übelstand zu begegnen,
mußte man bisher in derartigen Schaltungen die Kondensatorbatterie reichlich überdimensionieren,
so daß sie auch Spannungen in der Höhe der Einschaltspannungsstöße mit Sicherheit
aushielt. Der Herstellungspreis eines Kondensators gleicher Kapazität wächst jedoch
etwa mit dem Quadrat der Spannung. Bei Einschaltspannungsstößen vom doppelten der
Betriebsspannung, wie sie erfahrungsgemäß z. B. bei Blasfunkenhochfrequenzerzeugern
gemessen werden, ergibt sich durch die Dimensionierung des Kondensators auf Betriebssicherheit
eine derartige Verteuerung der Anlage, daß sie trotz mannigfacher Vorteile, z. B.
mit Röhrenhochfrequenzerzeugern, knapp wettbewerbsfähig ist.
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Man kann bei Verwendung knapp dimensionierter Kondensatoren auch den
Weg gehen, daß man die aus Kupfer bestehende Blasfunkenstrecke mit einer zusätzlichen
Sicherheitsfunkenstrecke versieht, die aus einem Metall besteht, das die Funkenverzögerung
nicht aufweist, z. B. Aluminium. Man erhält dann jedoch jedesmal, wenn beim Einschalten
ein Überspannungsstoß auftritt, ein Ansprechen der Sicherheitsfunkenstrecke mit
anschließender Ausbildung eines Lichtbogens, muß die Anlage ausschalten und so oft
erneut einschalten, bis gerade der Nulldurchgang der Netzwechselspannung erreicht
ist und demzufolge keine Überspannung in der Anlage auftritt. Bei diffizilen Anwendungsgebieten,
z. B. bei der Oberflächenhärtung von Stahl, ist ein solches Vorgehen nicht statthaft,
da es zum Ausschuß des Werkstücks führen würde, so daß zwangsläufig bisher nur der
Weg der Verwendung überdimensionierter Kondensatorbatterien offenstand.
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Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, bei einer Funkenstreckenanordnung,
die aus einem Material mit trägem Funkeneinsatz besteht, eine kombinierte Anordnung
unter Verwendung eines Metalls mit guter Zündwilligkeit vorzusehen. In Fig. i seien
i-i die sich gegenüberstehenden Elektroden einer Blasfunkenstrecke, die durch den
Luftstrom 2 beblasen wird, der in Richtung 3 koaxial die Funkenstrecke verläßt.
Die engste Stelle der Elektroden liegt bei 4. Dort beginnt in der Regel der Funkenüberschlag.
Erfindungsgemäß wird etwas außerhalb dieser engsten Stelle, z. B. bei 5, eine mehr
oder weniger große Anzahl von stiften eines anderen Metalls, z. B. Aluminium, in
die Strecke eingesetzt. Tritt eine Überspannung auf, so bildet sich der erste Funke
zwischen den aktiven Oberflächen der Stifte 5-5 aus und wird durch die Preßluft
sofort an die Arbeitsstelle 4 getrieben. Die weiteren Funken bilden sich dann ohne
Störung nur noch zwischen 4-4 aus, so daß ein Abbrand bei 5 nicht stattfindet.
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Man kann beispielsweise auch eine Anordnung gemäß Fig. 2 wählen, bei
der um die Elektroden i-i je ein Ring 2 gelegt ist, der aus dem zündwilligen Metall
besteht und der so dimensioniert ist, daß der kleinste Abstand 2-2 um ein Geringes
höher als der kleinste Abstand i-i ist, z. B. 3,5 mm Ringabstand an der Stelle 3
gegenüber 3,0 mm Elektrodenabstand an der Stelle 4. Würde man den abstand
gleich groß wählen, so würde infolge der besseren Einsatzbedingungen jeder Funke
bei 2 einsetzen und einen hohen Abbrand des Materials bei 2 bewirken. Es würde dann
automatisch an 2 ein verstärkter Elektrodenabbrand auftreten, der so lange anhalten
würde, bis der kleinste Abstand durch den Abstand i-i gegeben ist. Ein solcher Abbrand
würde eine zeitliche Veränderung des Charakters der Funkenstrecke bewirken. Daher
wird man zweckmäßig von vornherein eine in Fig. 2 skizzierte Anordnung vorsehen,
die vom ersten Augenblick des Einschaltens an stabile Verhältnisse ergibt. Da jede
elektrische Entladung sich vorwiegend von der Kathode aus bildet, von der die Photoelektronen
infolge der Dunkelentladungen ausgelöst werden, ist es bei gleichspannungsbetriebenen
Funkenstreckenanordnungen im allgemeinen nur notwendig, die Kathode mit einem verzögerungsarmen
Hilfsmetall auszustatttn. Bei wechselspannungsbetriebenen Elektroden ist es infolgedessen
nicht nötig, daß diese Stellen genau gegenüberliegen, denn das verzögerungsfreie
Ansprechen der Funkenstrecke bei Überspannung ist auch gewährleistet, wenn nur die
Kathode z. B. aus Aluminium besteht und die jeweilige Anode aus einem beliebigen
anderen leitenden Material. In der Praxis sind aus Herstellungsgründen jedoch konzentrische
Anordnungen vorzuziehen.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet bilden die rotierenden Hochspannungsgleich-
und -wechselrichter. Hier kommt es darauf an, möglichst frühzeitig nach dem erfolgten
Nulldurchgang der Wechselspannung bzw. nach erfolgter Elektrodenannäherung eine
Entladung hervorzurufen, damit Inkontinuitäten vermieden werden. Auch hier kann
man mit Vorteil ein zündeinsatzfreudiges Metall für den ersten Funkeneinsatz vorsehen,
während der Hauptlichtbogen zwischen den verschleißarmen Elektroden des bisher verwendeten
Materials brennt.
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Für Blitzschutzsicherungen wird mau sich mit Vorteil einer Anordnung
gemäß Fig. 3 bedienen, bei der beispielsweise die verschleißarmen Hauptelektrodeni-i
ebenfalls mit einem Metallring 2 ausgestattet sind, der aus einem Material besteht,
das einen besonders geringen Zeitverzug für die Ausbildung von Entladungen besitzt.
Nachdem die Entladung zwischen 2-2 gezündet hat, tritt infolge Selbsteinschnürung
des Lichtbogens, falls es intensitätsmäßig überhaupt zu diesem kommt, die thermische
Hauptbelastung anschließend wischen i-i auf. Schaltungsmäßig legt man üblicherweise
eine solche Anordnung zwischen Antenne und Erde. Gleiche Anordnungen sind auch in
der Technik der sogenannten Kathodenfallableiter vorteilhaft zum Schutze von Überlandfreileitungen
gegen Blitzschlag.