EP0034360A1 - Electrode of a gas discharge overvoltage arrester and overvoltage arrester provided therewith - Google Patents

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EP0034360A1 EP81101084A EP81101084A EP0034360A1 EP 0034360 A1 EP0034360 A1 EP 0034360A1 EP 81101084 A EP81101084 A EP 81101084A EP 81101084 A EP81101084 A EP 81101084A EP 0034360 A1 EP0034360 A1 EP 0034360A1
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Definitions

  • Powerful surge arresters must be able to discharge surge currents> 10 kA. In the case of double-line surge arresters, this means that a total current of> 20 kA flows through a common center electrode. Such high surge currents cause electrical contact connections to cause the contact material to spatter, thereby damaging the sockets. A better electrical connection for such currents is provided by soldered connecting wires, which are generally made of copper and then have a diameter of approximately 1 mm. Copper is also preferably chosen for the electrode material for electrical and economic reasons. The fixed connection between the electrode and the connecting wire can then be produced by soldering or welding.
  • the present invention has for its object to design the electrodes of a gas discharge surge arrester so that long-term resistance welding is possible, which can not only be produced with automatic welding machines for economic reasons but is also mechanically and electrically reliable.
  • two configurations for the pin are possible. Either it is created directly during the manufacture of the electrode without machining by direct shaping, for example in an extrusion process, or it is formed after the manufacture of the electrode by machining, for example by milling.
  • a cup-shaped electrode with a thickened bottom protruding into the interior of the gas discharge surge arrester carries a peg on the bottom side in the interior of the bowl facing outwards.
  • an annular central electrode additionally carries a pin on at least one peripheral point on its outside.
  • a tubular insulator 1 carries a cup-shaped electrode 2 or 3 at its two ends and an annular central electrode 4.
  • the edge of the cup-shaped electrodes lies on the end faces of the insulator 1 and project with their solid bottoms axially into the interior of the insulator 1.
  • a cylindrical pin 5 made of the same material, for example copper, sits centrally and facing outwards.
  • the end face of an electrical connecting wire 6 made of copper is welded onto the outer end face of the pin.
  • the diameter of the pin 5 is about nine tenths, the axial length about six tenths as the optimum from the range five to eight tenths of the diameter of the connecting wire 6.
  • the center electrode 4 - with a larger outer diameter than that of the insulator 1 carries one at a peripheral point radially protruding pin 7 with the same dimensions as the pin 5.
  • the end face of a connecting wire 8 made of copper is welded onto the outer end face of the pin 7.
  • the pins 5 and 7 are formed, at least in their rough dimensions, simultaneously with the manufacture of the electrodes 2, 3 and 4, for example by an extrusion process. Machining rework is advantageous for precise dimensioning.
  • FIG. 3 A longitudinal section of a gas discharge surge arrester is shown in FIG. 3, in which two tubular insulators 9 and 10 are axially aligned with an axially intermediate annular central electrode 11 and at their other ends with a cup-shaped electrode 12 and 13, respectively.
  • the electrodes 11 to 13 are each solid on their inner sides with opposing stair-shaped active electrode surfaces. They are made of copper.
  • the edges of the electrodes 12 and 13 rest on the respective end faces of the insulators 9 and 10.
  • Ring grooves are milled into each of the bowl bottoms, thereby forming pins 14, the outer end faces of which do not protrude beyond the outside of the bowl bottoms.
  • the outer end faces of the pins 14 are the welding connection surfaces with the end faces of connecting wires 15 made of copper.
  • the pins 14 again have a diameter of approximately nine tenths and a length of approximately six tenths of the wire diameter.
  • a radially outwardly projecting pin 16 is formed by radially milling in an annular groove, and a connecting wire 17 made of copper is welded onto the outer end face thereof.
  • the dimensioning corresponds to the pin 14.
  • FIGs 5 and 6 corresponds to that of Figures 3 and 4 only with the difference that the annular groove, which forms the pin 18 on the outside of the center electrode, is expanded so that a whole segment apart from the center electrode 11 is lifted from the pin 18. I.e. there is no edge portion of the center electrode 11 coaxially surrounding the pin 18. A connecting wire 19 is welded onto the pin 18. The dimensioning corresponds to that of the pin 16.

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Abstract

Zum Zweck einer Schweißverbindung zwischen Elektroden (2,3,4,11,12,13) und Anschlußdrähten (6,8,15,17,19), vorzugsweise durch Langzeit-Widerstandsschweißen von Kupfer auf Kupfer, wird vorgeschlagen, aus den anzuschließenden Elektrodenoberflächen jeweils einen Zapfen (5,7,14,16,18) mit einem Durchmesser von etwa neun Zehntel und einer Länge von etwa sechs Zehntel des Anschlußdrahtdurchmessers hervorstehen zu lassen. Auf die Stirnfläche des Zapfens (5,7,14,16,18) wird dann der Anschlußdraht (6,8,15,17,19) stumpf aufgeschweißt.For the purpose of a welded connection between electrodes (2, 3, 4, 11, 12, 13) and connecting wires (6, 8, 15, 17, 19), preferably by long-term resistance welding of copper to copper, it is proposed to use the electrode surfaces to be connected to each protrude a pin (5,7,14,16,18) with a diameter of about nine tenths and a length of about six tenths of the lead wire diameter. The connecting wire (6, 8, 15, 17, 19) is then butt welded onto the end face of the pin (5, 7, 14, 16, 18).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anschlußverbindung der Elektroden eines Gasentladungs-Überspannungsableiters mit den Merkmalen:

  • a) die anzuschließenden Elektroden bestehen aus einem gut stromleitenden Werkstoff;
  • b) der Anschluß soll jeweils an einen Draht aus einem gut stromleitenden Werkstoff erfolgen.
The invention relates to an electrical connection of the electrodes of a gas discharge surge arrester with the features:
  • a) the electrodes to be connected are made of a material that conducts electricity;
  • b) The connection should be made to a wire made of a highly conductive material.

Leistungsfähige Überspannungsableiter müssen Stoßströme >10 kA ableiten können. Bei Zweistrecken-Überspannungsableitern bedeutet dies, daß über eine gemeinsame Mittelelektrode ein Summenstrcm >20 kA fließt. Solch hohe Stcßströme bewirken bei elektrischen Anschlußverbindungen über federnd berührende Kontakte ein Spratzen des Kontaktwerkstoffes und beschädigen dadurch die Fassungen. Eine bessere elektrische Anschlußverbindung für solche Ströme bieten eingelötete Anschlußdrähte, die im allgemeinen aus Kupfer bestehen und dann einen Durchmesser von etwa 1 mm besitzen. Für das Elektrodenmaterial wird aus elektrischen und wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise ebenfalls Kupfer gewählt. Die feste Verbindung zwischen Elektrode und Anschlußdraht kann dann durch Löten oder Schweißen hergestellt werden.Powerful surge arresters must be able to discharge surge currents> 10 kA. In the case of double-line surge arresters, this means that a total current of> 20 kA flows through a common center electrode. Such high surge currents cause electrical contact connections to cause the contact material to spatter, thereby damaging the sockets. A better electrical connection for such currents is provided by soldered connecting wires, which are generally made of copper and then have a diameter of approximately 1 mm. Copper is also preferably chosen for the electrode material for electrical and economic reasons. The fixed connection between the electrode and the connecting wire can then be produced by soldering or welding.

Beides ist beispielsweise in der DE-OS 28 28 650 vorgeschlagen. Zum einen ist dort die Möglichkeit beschrieben,einen Rohrniet auf den Boden der napfförmigen Elektrode aufzulöten und den Anschlußdraht dann im Rohrniet einzuquetschen (Fig. 4). Zum anderen ist für eine Schweißverbindung vorgesehen, auf den Boden der napfförmigen Elektrode einen Zylinder "anzupressen", dessen Durchmesser etwa 1,5 mal so groß wie der Anschlußdrahtdurchmesser ist. Der Anschlußdraht ist stumpf auf diesen Zylinder aufgeschwelßt. Dieser Zylinder hat die Aufgabe, die Wärmeabfuhr während des Schweißvorganges zu reduzieren. Eine Schweißung auf den glatten Boden der Elektrode bzw. auf die Mantelfläche einer Mittelelektrode wäre bei gut stromleitendem und damit auch gut wärmeleitendem Material, wie es Kupfer darstellt, nicht möglich.Both are proposed for example in DE-OS 28 28 650. On the one hand, the possibility is described there of soldering a tubular rivet to the bottom of the cup-shaped electrode and then squeezing the connecting wire into the tubular rivet (FIG. 4). The other is for a sweat Connection provided to "press" a cylinder on the bottom of the cup-shaped electrode, the diameter of which is about 1.5 times the diameter of the connecting wire. The lead wire is butt welded onto this cylinder. This cylinder has the task of reducing heat dissipation during the welding process. Welding onto the smooth bottom of the electrode or onto the outer surface of a central electrode would not be possible with a material that is a good conductor of current and thus also a good conductor of heat, such as copper.

Aber auch bei einem derart dimensionierten Zylinder ist eine Schweißverbindung nur als Kurzzeitschweißung möglich, etwa als Impuls-Widerstandsschweißung. Das ergibt aber vor allem'bei einer Verbindung von Kupfer auf Kupfer unzuverlässige Verbindungen.But even with such a dimensioned cylinder, a welded connection is only possible as a short-term weld, such as pulse resistance welding. But above all, this results in unreliable connections when connecting copper to copper.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Elektroden eines Gasentladungs-Überspannungsableiters so zu gestalten, daß eine Langzeit-Widerstandsschweißung möglich ist, die nicht nur aus Wirtschaftlichkeitsgründen mit Schweißautomaten hergestellt werden kann sondern auch mechanisch und elektrisch zuverlässig ist.The present invention has for its object to design the electrodes of a gas discharge surge arrester so that long-term resistance welding is possible, which can not only be produced with automatic welding machines for economic reasons but is also mechanically and electrically reliable.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden für eine elektrische Anschlußverbindung der eingangs genannten Art folgende Merkmale vorgeschlagen:

  • c) aus den anzuschließenden Elektroden ragt jeweils ein Zapfen hervor mit einem Durchmesser von etwa neun Zehntel und mit einer Länge von fünf bis acht, vorzugsweise sechs, Zehntel des Drahtdurchmessers;
  • d) das Anschlußdrahtende ist stumpf auf den jeweiligen Zapfen aufgeschweißt.
To solve this problem, the following features are proposed for an electrical connection of the type mentioned:
  • c) from each of the electrodes to be connected protrudes a pin with a diameter of about nine tenths and with a length of five to eight, preferably six, tenths of the wire diameter;
  • d) the connecting wire end is butt welded onto the respective pin.

Bei dieser Dimensionierung ist insbesondere bei Kupfer als gut strom- und wärmeleitendes Material für Elektroden und Anschlußdrähte eine sichere Schweißverbindung möglich. Durch die abgestimmte reduzierte Wärmeabfuhr aus der Schweißzone der Elektrode wird die für die Schweißung notwendige gleichmäßig hohe Temperatur beider zu verbindender Teile erreicht. Die mechanische Festigkeit und elektrische Tragfähigkeit der Verbindung sind gewährleistet.With this dimensioning, a reliable welded connection is possible, in particular with copper as a material with good current and heat conductivity for electrodes and connecting wires. The coordinated, reduced heat dissipation from the welding zone of the electrode achieves the uniformly high temperature required for the welding of both parts to be connected. The mechanical strength and electrical load-bearing capacity of the connection are guaranteed.

Grundsätzlich sind zwei Ausgestaltungen für den Zapfen möglich. Entweder entsteht er gleich bei der Herstellung der Elektrode ohne spanabhebende Bearbeitung durch direktes Ausformen beispielsweise in einem Fließpreßverfahren, oder er wird nach der Herstellung der Elektrode durch spanabhebende Bearbeitung beispielsweise durch Fräsen ausgebildet.Basically, two configurations for the pin are possible. Either it is created directly during the manufacture of the electrode without machining by direct shaping, for example in an extrusion process, or it is formed after the manufacture of the electrode by machining, for example by milling.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung trägt jeweils eine napfförmige mit verdicktem Boden ins Innere des Gasentladungs-Überspannungsableiters ragende Elektrode auf der nach außen zeigenden Bodenseite im Napfinneren einen Zapfen. Nach einer weiteren Ausgestaltung trägt bei einem Zweistrecken-Überspannungsableiter zusätzlich eine ringförmige Mittelelektrode an mindestens einer peripheren Stelle ihrer Außenseite einen Zapfen.According to another embodiment of the invention, a cup-shaped electrode with a thickened bottom protruding into the interior of the gas discharge surge arrester carries a peg on the bottom side in the interior of the bowl facing outwards. According to a further embodiment, in the case of a double-line surge arrester, an annular central electrode additionally carries a pin on at least one peripheral point on its outside.

In den Figuren der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Dabei zeigen

  • Fig. 1 die Ansicht und
  • Fig. 2 die axiale Draufsicht auf einen Zweistrecken-Gasentladungs-Überspannungaableiter, bei dem die Zapfen aus dem Niveau der umgebenden Elektrodenflächen herausragen;
  • Fig. 3 den Längsschnitt und
  • Fig. 4 die axiale Draufsicht auf einen Zweistrecken-Gasentladungs-Überspannungsableiter, bei dem die Zapfen durch Einfräsen in die umgebende Elektrodenoberfläche entstanden sind und nicht über diese Flächen hinausragen;
  • Fig. 5 und 6 eine Variante der Fig. 3 und 4 bezüglich der Mittelelektrode.
Exemplary embodiments of the invention are shown in the figures of the drawing. Show
  • Fig. 1 and the view
  • 2 shows the axial top view of a two-section gas discharge surge arrester, in which the pins protrude from the level of the surrounding electrode surfaces;
  • Fig. 3 shows the longitudinal section and
  • Fig. 4 shows the axial plan view of a two-section gas discharge surge arrester, in which the pin by milling into the surrounding Electrode surface have arisen and do not protrude beyond these surfaces;
  • 5 and 6 a variant of FIGS. 3 and 4 with respect to the center electrode.

Für Ausführungen als Einstreckenableiter sind in den Figuren sinngemäß die jeweiligen Mittelelektroden wegzudenken.For designs as single-line arresters, the respective central electrodes have to be imagined without in the figures.

In Fig. 1 ist ein Zweistrecken-Gasentladungs-Überspannungsableiter dargestellt, bei dem ein rohrförmiger Isolator 1 an seinen zwei Enden jeweils eine napfförmige Elektrode 2 bzw. 3 trägt und eine ringförmige Mittelelektrode 4. Die napfförmigen Elektroden liegen mit ihrem Rand auf den Stirnflächen des Isolators 1 auf und ragen mit ihren massiven Böden axial in das Innere des Isolators 1 hinein. Auf dem Boden der napfförmigen Elektroden 2 und 3 sitzt zentral und nach außen weisend jeweils ein zylinderförmiger Zapfen 5 aus demselben Material, beispielsweise Kupfer. Auf der äußeren Stirnfläche des Zapfens ist die Stirnfläche eines elektrischen Anschlußdrahtes 6 aus Kupfer aufgeschweißt. Der Durchmesser des Zapfens 5 beträgt etwa neun Zehntel, die axiale Länge etwa sechs Zehntel als Optimum aus dem Bereich fünf bis acht Zehntel des Durchmessers des Anschlußdrahtes 6. Die Mittelelektrode 4-mit größerem äußeren Durchmesser als der des Isolators 1 trägt an einer peripheren Stelle einen radial herausragenden Zapfen 7 mit derselben Dimensionierung wie die Zapfen 5. Auf die äußere Stirnfläche des Zapfens 7 ist die Stirnfläche eines Anschlußdrahtes 8 aus Kupfer aufgeschweißt.1 shows a two-section gas discharge surge arrester in which a tubular insulator 1 carries a cup-shaped electrode 2 or 3 at its two ends and an annular central electrode 4. The edge of the cup-shaped electrodes lies on the end faces of the insulator 1 and project with their solid bottoms axially into the interior of the insulator 1. On the bottom of the cup-shaped electrodes 2 and 3, a cylindrical pin 5 made of the same material, for example copper, sits centrally and facing outwards. The end face of an electrical connecting wire 6 made of copper is welded onto the outer end face of the pin. The diameter of the pin 5 is about nine tenths, the axial length about six tenths as the optimum from the range five to eight tenths of the diameter of the connecting wire 6. The center electrode 4 - with a larger outer diameter than that of the insulator 1 carries one at a peripheral point radially protruding pin 7 with the same dimensions as the pin 5. The end face of a connecting wire 8 made of copper is welded onto the outer end face of the pin 7.

Die Zapfen 5 und 7 entstehen zumindest in ihren groben Ausmaßen gleichzeitig mit der Herstellung der Elektroden 2, 3 und 4 beispielsweise durch ein Fließpreßverfahren. Für die genaue Dimensionierung ist ein spanabhebendes Nacharbeiten vorteilhaft.The pins 5 and 7 are formed, at least in their rough dimensions, simultaneously with the manufacture of the electrodes 2, 3 and 4, for example by an extrusion process. Machining rework is advantageous for precise dimensioning.

In der Fig. 3 ist im Längsschnitt ein Zweistrecken-Gasentladungs-Überspannungsableiter dargestellt, bei dem zwei rohrförmige Isolatoren 9 und 10 axial fluchtend mit einer axial dazwischenliegenden ringförmigen Mittelelektrode 11 verbunden sind und an ihren anderen Enden mit jeweils einer napfförmigen Elektrode 12 bzw. 13. Auf ihren Innenseiten sind die Elektroden 11 bis 13 jeweils massiv ausgeführt mit einander gegenüberstehenden treppenförmigen aktiven Elektrodenoberflächen. Sie bestehen aus Kupfer. Die Ränder der Elektroden 12 und 13 liegen wieder auf den jeweiligen Stirnflächen der Isolatoren 9 und 10 auf. In die Napfböden sind jeweils Ringnuten eingefräst und dadurch Zapfen 14 gebildet, deren äußeren Stirnflächen die Außenseiten der Napfböden nicht überragen. Die äußeren Stirnflächen der Zapfen 14 sind die Schweißverbindungsflächen mit den Stirnflächen von Anschlußdrähten 15 aus Kupfer. Die Zapfen 14 haben wieder einen Durchmesser von etwa neun Zehntel und eine Länge von etwa sechs Zehntel der Drahtdurchmesser.A longitudinal section of a gas discharge surge arrester is shown in FIG. 3, in which two tubular insulators 9 and 10 are axially aligned with an axially intermediate annular central electrode 11 and at their other ends with a cup-shaped electrode 12 and 13, respectively. The electrodes 11 to 13 are each solid on their inner sides with opposing stair-shaped active electrode surfaces. They are made of copper. The edges of the electrodes 12 and 13 rest on the respective end faces of the insulators 9 and 10. Ring grooves are milled into each of the bowl bottoms, thereby forming pins 14, the outer end faces of which do not protrude beyond the outside of the bowl bottoms. The outer end faces of the pins 14 are the welding connection surfaces with the end faces of connecting wires 15 made of copper. The pins 14 again have a diameter of approximately nine tenths and a length of approximately six tenths of the wire diameter.

An einer äußeren peripheren Stelle der Mittelelektrode 11 ist durch radiales Einfräsen einer Ringnut ein radial nach außen ragender Zapfen 16 gebildet, auf dessen äußere Stirnfläche ein Anschlußdraht 17 aus Kupfer aufgeschweißt ist. Die Dimensionierung entspricht des Zapfens 14.At an outer peripheral point of the center electrode 11, a radially outwardly projecting pin 16 is formed by radially milling in an annular groove, and a connecting wire 17 made of copper is welded onto the outer end face thereof. The dimensioning corresponds to the pin 14.

Das in den Figuren 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht dem der Figuren 3 und 4 lediglich mit dem Unterschied, daß die Ringnut, die den Zapfen 18 auf der Außenseite der Mittelelektrode bildet, erweitert ist, so daß von der Mittelelektrode 11 ein ganzes Segment, abgesehen von dem Zapfen 18, abgehoben ist. D.h. es gibt keinen Randteil der Mittelelektrode 11, der den Zapfen 18 koaxial umgibt. Auf den Zapfen 18 ist ein Anschlußdraht 19 aufgeschweißt. Die Dimensionierung entspricht der des Zapfens 16.The embodiment shown in Figures 5 and 6 corresponds to that of Figures 3 and 4 only with the difference that the annular groove, which forms the pin 18 on the outside of the center electrode, is expanded so that a whole segment apart from the center electrode 11 is lifted from the pin 18. I.e. there is no edge portion of the center electrode 11 coaxially surrounding the pin 18. A connecting wire 19 is welded onto the pin 18. The dimensioning corresponds to that of the pin 16.

Claims (6)

1. Elektrische Anschlußverbindung der Elektroden eines Gasentladungs-Überspannungsableiters mit den Merkmalen: a) die anzuschließenden Elektroden bestehen aus einem gut stromleitenden Werkstoff; b) der Anschluß soll jeweils an einen Draht aus einem gut stromleitenden Werkstoff erfolgen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: c) aus den anzuschließenden Elektroden (2,3)4,11,12,13) ragt jeweils ein Zapfen 5,7,14,16,18) mit einem Durchmesser von etwa neuen Zehntel und mit einer Länge von fünf bis acht, vorzugsweise sechs, Zehntel des Drahtdurchmessers; d) das Anschlußdrahtende ist stumpf auf den jeweiligen Zapfen (5,7,14,16,18) aufgeschweißt. 1. Electrical connection of the electrodes of a gas discharge surge arrester with the features: a) the electrodes to be connected are made of a highly conductive material; b) the connection should be made to a wire made of a highly conductive material, characterized by the following features: c) from each of the electrodes (2, 3, 4, 11, 12, 13) to be connected, a pin 5, 7, 14, 16, 18) with a diameter of approximately new tenths and with a length of five to eight, preferably six, tenths of the wire diameter; d) the connecting wire end is butt-welded onto the respective pin (5,7,14,16,18). 2. Elektrische Anschlußverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (5,7) bei der Herstellung der Elektrode (2,3,4) ohne spanabhebende Bearbeitung ausgebildet ist.2. Electrical connection according to claim 1, characterized in that the pin (5,7) is formed in the manufacture of the electrode (2,3,4) without machining. 3. Elektrische Anschlußverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (14,16,18) nach der Herstellung der Elektrode (11,12,13) durch spanabhebende Bearbeitung ausgebildet ist.3. Electrical connection according to claim 1, characterized in that the pin (14,16,18) after the manufacture of the electrode (11,12,13) is formed by machining. 4. Elektrische Anschlußverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2,3,4,11,12,13) und die Anschlußdrähte (6,8,15,17,19) aus Kupfer bestehen.4. Electrical connection according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrodes (2,3,4,11,12,13) and the connecting wires (6,8,15,17,19) consist of copper. 5. Elektrische Anschlußverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine napfförmig mit verdicktem Boden ins Innere des Gasentladungs-Überspannungsableiters ragende Elektrode (2,3,12,13) auf der nach außen zeigenden Bodenseite im Napfinneren einen Zapfen (5,14) trägt.5. Electrical connection according to one of claims 1 to 4, characterized in that in each case a cup-shaped with a thickened bottom protruding into the interior of the gas discharge surge arrester electrode (2,3,12,13) on the bottom side facing outward in the bowl interior a pin ( 5.14). 6. Elektrische Anschlußverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Zweistrecken-Überspannungsableiter zusätzlich eine ringförmige Mittelelektrode (4,11) an mindestens einer peripheren Stelle ihrer Außenseite einen Zapfen (7,16,18) trägt.6. Electrical connection according to claim 5, characterized in that in the case of a two-way surge arrester, an annular center electrode (4, 11) additionally carries a pin (7, 16, 18) on at least one peripheral point of its outside.
EP81101084A 1980-02-19 1981-02-16 Electrode of a gas discharge overvoltage arrester and overvoltage arrester provided therewith Expired EP0034360B1 (en)

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