EP1016114A2

EP1016114A2 - Gasgefüllte entladungsstrecke

Info

Publication number: EP1016114A2
Application number: EP98956775A
Authority: EP
Inventors: Jürgen Boy; Wolfgang DÄUMER; Bernd Petschel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2000-07-05
Also published as: KR20010024046A; DE19741658A1; JP2001516943A; US6529361B1; CN1273689A; WO1999014782A3; WO1999014782A2

Abstract

Gasgefüllte Entladungsstrecken wie Überspannungsableiter und Funkenstrecken können bei Verwendung einer speziellen Aktivierungsmasse eine geringe Zündverzögerung im dunklen Raum aufweisen. Zur vereinfachten Herstellung solcher Entladungsstrecken werden ganzvernickelte Elektroden (1, 2; 11) eingesetzt; ausserdem wird der speziellen Aktivierungsmasse (4) ausser Titan auch Nickel in metallischer Form beigegeben.

Description

Beschreibung

Gasgefüllte Entladungsstrecke

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektronischen Bauelemente und ist bei der Gestaltung von gasgefüllten Entladungsstrecken mit wenigstens zwei Elektroden anzuwenden, bei denen zur Sicherstellung der Zünd-, Brenn- und Lόscheigenschaften auf wenigstens eine der Elektroden eine aus mehreren Kompo- nenten bestehende Elektrodenaktivierungsmasse aufgebracht ist.

Um bei mit Edelgas gefüllten Entladungsstrecken wie Funkenstrecken oder Überspannungsableitern das jeweils gewünschte Betriebsverhalten wie Zündspannung, Ansprechzeit, statische Ansprechspannung und dynamische Ansprechspannung, Löschspannung und Glimmbrennspannung zu gewährleisten, müssen unterschiedliche Maßnahmen wie konstruktive Gestaltung der Elektroden, Art und Druck der Gasfüllung und Auswahl der auf den aktiven Oberflächen der Elektroden angeordneten Aktivierungsmasse aufeinander abgestimmt werden. Zur Erzeugung definitiver Verhältnisse ist es dabei weiterhin üblich, auf der Innenwand des Glas- oder Keramik-Isolators einen oder mehrere Zündstriche anzuordnen und gegebenenfalls eine spezielle Io- nisationsquelle, beispielsweise eine punktförmige Ablagerung aus einem radioaktiven Material, vorzusehen. Um eine gasförmige Entladungsstrecke so auszubilden, daß sie auch ohne Verwendung einer zusätzlichen Ionisationsquelle eine sehr geringe Zündverzögerung im dunklen Raum aufweist, ist bereits die Verwendung einer aus mehreren Komponenten bestehenden Elektrodenaktivierungsmasse bekannt, die außer der üblichen Ba- siskomponente in Form eines oder mehrerer Alkali- oder Erdalkali-Halogenide und/oder Natrium- und/oder Kaliumsilikat in einer Menge von 30 bis 60 Gew.% als weitere Komponenten eine Bariumverbindung und ein sogenanntes Übergangsmetall in me- tallischer Form wie beispielsweise Titan in einer Menge von jeweils 5 bis 25 Gew.% und eine Oxydverbindung aus Cäsium und einem sogenannten Übergangsmetall wie beispielsweise Wolfram, also Cäsium-Wolframat (Cs₂W0₄) in einer Menge von ebenfalls etwa 5 bis 25 Gew% enthält. Bei Verwendung einer derartigen Elektrodenaktivierungsmasse hat sich gezeigt, daß die Zündspannung der ersten Zündung nach 24 -stündiger Dunkellagerung der Entladungsstrecke innerhalb der von den Benutzern derartiger Entladungsstrecken geforderten Bandbreite liegt (DE 197 01 816 AI) .

Für gasgefüllte Entladungsstrecken wie Funkenstrecken oder Uberspannungsableiter werden üblicherweise Elektroden aus einer Nickel-Eisen- oder einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung oder aus Kupfer eingesetzt. Es ist üblich, die äußere Ober- fläche dieser Elektroden nach dem Verlöten der Elektroden mit dem Isolator und noch vor der Durchführung weiterer Arbeitsgänge wie Anschweißen von Anschlußdrähten und Durchführung von Prüfungen zum Schutz gegen Oxidation zu vernickeln. Hierzu werden gleichzeitig eine Vielzahl von Entladungsstrecken nach dem Lδtprozeß als Ganzes einer galvanischen Behandlung unterzogen (WO 90/90 03 677 / EP 0 436 529 Bl) .

Ausgehend von einer gasgefüllten Entladungsstrecke mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Herstellungsprozeß von radioaktivfreien Entladungsstrecken mit geringer Zündverzöge- rung im dunklen Raum zu vereinfachen und dabei den Anforderungen an höchste Ansprüche bezüglich der Konstanz der elektrischen Werte dieser Entladungsstrecken zu genügen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Elektroden der Entladungsstrecke sowohl auf ihre außerhalb des Entladungsräumes als auch auf ihrer innerhalb des Entladungsraumes liegenden Oberfläche mit einer Nickelschicht versehen sind, deren Schichtdicke wenigstens 5 μ beträgt, und daß die Elektrodenaktivierungsmasse außer Titan zusätzlich Nickel in metallischer Form enthält.

Die Erfindung sieht also einerseits vor, für die in Rede stehenden Entladungsstrecken ganz vernickelte Elektroden zu ver- wenden. Diese Vernickelung kann erfolgen, bevor die einzelnen Elektroden für den Zusammenbau zur Entladungsstrecke vereinzelt werden. Diese frühzeitige Vernickelung der Elektroden ermöglicht es, die Entladungsstrecke als Ganzes in wenigen Arbeitsschritten, die zeitlich unmittelbar hintereinander ab- laufen können, herzustellen. Der fließende Herstellungsprozeß, bei dem Einzelteile in mehreren Herstellungsschritten einzeln behandelt werden (Aufbringen einer Aktivierungsmasse auf die Elektroden, Zusammenfügen von Isolator und Elektroden, Entgasen, Löten, Bedrucken, Anschweißen von Anschluß- drahten, Durchführung von Messungen) wird also nicht durch einen artfremden Herstellungsschritt unterbrochen. Dies wirkt sich günstig auf die Herstellungskosten aus. - Andererseits berücksichtigt die Erfindung, daß die GanzVernickelung der Elektroden nicht ohne Einfluß auf die elektrischen Eigen- schaften der Entladungsstrecke bleibt, weil im Gasraum der Entladungsstrecken die Oberfläche der Elektroden nicht mehr von einer Kupfer- oder Nickel-Eisen-Schicht, sondern von einer Nickelschicht gebildet wird. Um diesen Einfluß zu stabilisieren, ist vorgesehen, daß die Nickelschicht eine Mindestdicke aufweist, damit die Nickelschicht nicht bei Entladungs- Vorgängen partiell vollständig abgetragen wird und daß für die Elektrodenaktivierungsmasse als Basismaterial ein Kaliumoder Natrium-Silikat ausgewählt ist und die Elektrodenaktivierungsmasse als Komponente des in metallischer Form vorliegenden Übergangsmetalles außer Titan auch Nickel enthält, um die Fixierung der Elektrodenaktivierungsmasse auf den Elektrodenoberflächen im Hinblick auf Wechselstrombelastungen mit 20 A, Stoßstrombelastungen von 20 kA und bezüglich der Lebensdaueranforderungen zu gewährleisten. Eine möglichst geringe Nickelabtragung bei EntladungsVorgängen kann noch da- durch unterstützt werden, daß für die Gasfüllung reines Argon oder ein Gemisch aus Argon und Neon verwendet wird. Weiterhin wirkt sich hierfür eine möglichst niedrige Brennspannung günstig aus. Eine Optimierung der Brennspannung und auch der Löscheigenschaften sowie der Bereitstellung von Ladungsträ- gern läßt sich im übrigen durch eine Zugabe eines Alkalihalo- genids oder eines Alkaliborates zu der Elektrodenaktivierungsmasse als weiterer Komponente in eine Menge von 5 bis 15 Gew.% erzielen.

Ein Ausführungsbeispiel der neuen Entladungsstrecke in Form eines Überspannungsabieiters ist in der Figur dargestellt.

Der Uberspannungsableiter besteht aus den beiden napffδrmig gestalteten Elektroden 1 und 2 aus Kupfer, die stirnseitig in einen Keramikisolator 3 eingelötet sind. Vor dem Einlöten sind die Elektroden l und 2 durch eine galvanische Behandlung auf ihrer gesamten Oberfläche mit einer Nickelschicht 11 versehen worden, die eine Dicke von etwa 6 μm aufweist.

Die aktiven Oberflächen der Elektroden 1 und 2 sind mit einer Aktivierungsmasse 4 beschichtet, die in oberflächliche Vertiefungen der Elektroden eingebettet ist. Bei dieser Aktivierungsmasse handelt es sich um eine Masse auf der Basis von Alkali oder Erdalkali-Silikaten, beispielsweise einer Mischung von Natriumsilikat und Kaliumsilikat mit Anteilen von jeweils 20 Gew.%. Als weitere Komponenten sind eine Bariumverbindung wie Barium-Aluminium in einer Menge von 20 Gew.%, Titan und Nickel als Übergangsmetall in metallischer Form in einer Menge von jeweils 10 Gew.%, eine Oxidverbindung aus Cäsium und Wolfram in einer Menge von ebenfalls 10 Gew.% und ein Natriumtetraborat in einer Menge von ebenfalls 10 Gew.% vorgesehen .

Der Uberspannungsableiter ist im übrigen mit einer Gasfüllung 5 auf der Basis von Argon oder Argon und Neon versehen.

Auf die Innenwand des Isolators 3 sind noch Graphit zündstriche 6 aufgebracht , bei denen es sich um sogenannte Mittelzündstriche handelt , die an keine der beiden Elektroden angebunden sind . Anstelle von Mittelzündstrichen können auch an die eine oder abwechselnd an beide Elektroden angebundene Zünstriche eingesetzt werden .

Claims

Patentansprüche

1. Gasgefüllte Entladungsstrecke wie Funkenstrecke oder Uberspannungsableiter mit wenigstens zwei Elektroden und mit ei- ner auf wenigstens eine Elektrode aufgebrachten Elektroden- Aktivierungsmasse auf der Basis von Natrium- und/oder Kalium- Silikat, die als weitere Komponenten eine Barium- Verbindung, Titan in metallischer Form und eine Oxydverbindung aus Cäsium und einem sogenannten Übergangsmetall enthält, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektroden (1,2) sowohl auf ihrer außerhalb des Entladungsraumes als auch auf ihrer innerhalb des Entladungsraumes liegenden Oberfläche mit einer Nickelschicht (11) versehen sind, deren Schichtdicke wenigstens 5μm beträgt und daß die Elektrodenaktivierungsmasse (4) außer Titan zusätzlich Nickel in metallischer Form enthält.

2. Entladungsstrecke nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektrodenaktivierungsmasse (4) Titan und Nickel zu etwa gleichen Anteilen enthält.

3. Entladungsstrecke nach Patentanspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektrodenaktivierungsmasse (4) als weitere Komponente ein Alkalihalogenid oder ein Alkaliborat in einer Menge von 5 bis 15 Gew.% enthält.