EP3345267A1 - Funkenstreckenanordnung - Google Patents

Funkenstreckenanordnung

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Publication number
EP3345267A1
EP3345267A1 EP16738437.9A EP16738437A EP3345267A1 EP 3345267 A1 EP3345267 A1 EP 3345267A1 EP 16738437 A EP16738437 A EP 16738437A EP 3345267 A1 EP3345267 A1 EP 3345267A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow body
spark gap
chamber
wall
electrodes
Prior art date
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Granted
Application number
EP16738437.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3345267B1 (de
Inventor
Wolfgang DÄUMER
Frank Werner
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TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Epcos AG filed Critical Epcos AG
Publication of EP3345267A1 publication Critical patent/EP3345267A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3345267B1 publication Critical patent/EP3345267B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/04—Housings
    • H—ELECTRICITY
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    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/12—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed

Definitions

  • spark gap arrangement In the case of a spark gap, sparking occurs in a discharge space between two electrodes
  • the discharge space can be formed by a hollow-cylindrical component body, for example made of ceramic, and frontally arranged electrodes which form a chamber.
  • SBV self-breakdown voltage
  • pre-fires early igniters
  • multiple igniters in triggered spark gaps multiple igniters in triggered spark gaps.
  • the pre-ignition can by a steaming of the
  • Component body are favored by deposited by the electrodes metal. This will isolate the insulation
  • the electrodes are reduced with advancing age of the spark gap and fuses are favored. A significant reduction in unwanted premature fuzes also at
  • the spark gap according to the invention is a
  • Hollow body are arranged so that in the interior of the sun
  • a recess is provided in the hollow body inner wall, so that the chamber protrudes on at least one end side radially outwardly beyond the hollow body inner wall.
  • a hollow body is a substantially tubular body of any, preferably circular, cross-section, the Diameter, however, may be larger than its length.
  • the open ends of the hollow body are the end faces. It should also be noted that its lateral surfaces between the
  • End faces do not necessarily extend only axially, but also have at least one depression, which is circumferential on the inner shell.
  • the recess may be a step with a substantially radially extending and a substantially perpendicular thereto, axially extending region. The latter is accompanied by an internal cross section change of the hollow body and / or a change in thickness of the hollow body wall.
  • the electrodes are electrical conductors, which are arranged in the frontal region of the hollow body, so that electrode and hollow cylinder walls form a chamber, the
  • Discharge space is.
  • the longitudinal axis of the arrangement extends between the electrodes and is at a
  • Electrodes are preferably connected in a gas-tight manner to the hollow body.
  • the connection may be such that the
  • Electrodes are placed on the end faces of the hollow body without touching the inner shell.
  • the attachment can be made such that the electrodes also touch the frontal region of the inner shell.
  • the chamber is radially expanded in the contact area between electrodes and hollow bodies.
  • End faces of the chamber creates an area that is not covered by metal fumes from the arc discharges
  • Main electrode gap can be achieved.
  • the radial or in the Essentially radially extending portions of the recess remain without vapor deposition.
  • a residual insulation between the electrodes along the inner surface of the hollow body can be maintained even as the life progresses.
  • the sinking prevents pre-ignition. If appropriate
  • the hollow body has at both end sides
  • Main discharge covered.
  • the potential no longer aligns with the main side electrodes, but it will be at the center potential between the main electrodes, that is, at about 0 volts or half
  • the electrodes can each have a projecting into the chamber interior area, for example, pin or cylinder or is dome-shaped.
  • the desired course of the flashover can be directed to the region between the electrode ends,
  • the last-mentioned effect can be intensified if the region projecting into the interior of the chamber has a side area which runs parallel to the hollow body inner wall.
  • the projecting from the front side with depression into the chamber interior extends further into
  • Chamber inside as the projecting from the front without sinking into the chamber interior area This asymmetry reduces evaporation in the area of the depression.
  • the following dimensions are advantageous in an arrangement with two-sided depressions:
  • the main distance d is the shortest distance between the
  • Electrodes which usually occur between the ends of the projecting into the chamber areas.
  • a connection to the hollow body wall is optimally decoupled from the main discharge.
  • larger values for the ratio d / a that is, d / a> 2 can also be selected, in the case where the rear chamber area with the sinking of metal fumes from the
  • Main discharge gap can be largely kept free. This can be achieved for example by an elongated chamber. In a depression on only one end face, the ratio between the main distance of the electrodes d and the distance a between the hollow body inner wall and the ins
  • Chamber interior projecting area greater than or equal to 0.75, preferably between 0.75 and 1.
  • the distance a between the hollow body inner wall and the region of the electrode projecting into the interior of the chamber and the axial length b of the graduation are preferably the same or almost the same: a ⁇ b. In this dimensioning is no discharge between the hollow body inner wall and the
  • the recess has a radial depth s which is at most 20% of the wall thickness of the hollow body, so that the strength of the hollow body material, preferably a ceramic, and thus the resistance to fractures and
  • the ratio of chamber height to creepage distance along the hollow body inner jacket of the chamber is advantageously greater than or equal to 0.8, so that the gradation a
  • the creepage distance is the shortest path that a potential leakage current between the electrodes along the hollow body inner jacket can take.
  • the hollow body is a
  • the electrodes have a pin-shaped or dome-shaped projecting into the chamber interior area.
  • the electrodes have Mounting flanges on. These are radially extending areas for consolidation on the end faces of the hollow cylinder.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of a
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of another embodiment of a spark gap.
  • Figure 3 shows a schematic sectional view of another embodiment of a spark gap.
  • Figure 4 shows a schematic sectional view of another embodiment of a spark gap.
  • Figure 5 shows a schematic sectional view yet
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an embodiment of a spark gap arrangement, short spark gap.
  • the spark gap comprises a hollow body 1, which is designed as a hollow cylinder made of insulating material and serves as a component body.
  • a hollow body 1 which is designed as a hollow cylinder made of insulating material and serves as a component body.
  • Embodiment is the hollow body 1 made of ceramic.
  • the hollow body 1 has an inner wall 3, are provided in the front-side stepped depressions 5.
  • Indentations 5 are radial cuts in the inner wall 3 of the hollow body 1, with an end face
  • the following designates the region of the hollow body, which is located between the end faces, ie ceiling and floor
  • the depression 5 has a radial region 7 and an axial region 9 perpendicular thereto. It should be noted that the recess 5 may have rounded edges, so that a wave-shaped cross-section may also result. The depth s of the recess 5 is the distance between the
  • Depression b is the distance between the end face of the hollow cylinder 3 and the radial region 5. The distance between the depressions 5 and thus the height of the inner wall 3 is L.
  • Mounting flanges 15 for strengthening on the end faces of the hollow body 1 have.
  • the dome-shaped regions 13 have a cylindrical foot area and a rounded, projecting into the chamber end.
  • a device 17 for receiving the ignition device and an ignition electrode 19 is provided in one of the electrodes 13.
  • the main distance between the electrodes 11 is d.
  • the electrodes 11 are preferably attached to the hollow body 1 in a gastight manner.
  • a central recess for the ignition electrode 19, which projects into the dome-shaped region 13, is provided in the upper region of the electrode 11.
  • the hollow cylindrical body 1 and the electrodes 11 form a chamber 23 serving as a discharge space. In this
  • the height of the chamber H is equal to the height of the hollow body 1.
  • the length of the depression b is consistent with the distance between the end face of the chamber and the radial portion 7 match. This would be at s.der
  • Hollow body 1 of the spark gap rotationally symmetrical to
  • the depressions 5 can as
  • the punctures are made on the inside wall of the face.
  • the punctures reduce the wall thickness in the region of the two hollow body ends by typically 20%, so that the strength of the ceramic and thus the resistance to breakage and shearing are not or only slightly reduced.
  • an ignition pulse leads the
  • Igniter 19 causes a sparkover between the electrodes 11 takes place. Due to multiple sparking, metal vapor deposition can be deposited on the inside of the hollow body during the service life of the spark gap.
  • the depressions 5 on the end faces of the hollow body 1 form a substantially radially extending region 7, which can not be achieved by metal evaporations of the arc discharges in the main electrode gap. This perpendicular to the inner wall 3 extending region 7 remains without vapor deposition. Thus, a residual insulation between the electrodes 11 is always maintained.
  • Main discharge gap can be largely kept free. Since the ceramic hollow body wall is now electrically separated from the lateral mounting flanges 15, no electrical side discharge can develop over the ceramic wall. For this purpose, it is also decisive that the length b of the depressions 5 is also in a certain relationship to the main discharge gap and ideally to the distance a between the hollow body inner wall 3 and the electrode wall
  • Figure 2 shows a schematic sectional view of another embodiment of a spark gap.
  • the electrodes 11 recesses 25 in the chamber interior, which are adjacent to the vertical inner wall of the depressions 5 or can touch them (not shown).
  • This construction can be a more fitting
  • b is the distance between the inner wall 3 and the chamber front side.
  • H is the chamber height between the end faces.
  • Influence of b in an electrode with depression 25 does not correspond to the influence of an equal size b in the case of an electrode without a depression, but rather corresponds to a smaller b in comparison to an electrode without a depression.
  • Figure 3 shows a schematic sectional view of another embodiment of a spark gap.
  • the embodiment has a recess 5 on only one of the end sides. Furthermore, one of the electrodes 11 extends further into the interior space than the opposite one. The more extensive is the electrode, which is attached to the same front side as the depression 5. This is the ignition 19 opposite
  • Electrode which is also called counter electrode. The distance between the depressions 5 and not
  • Inner wall 3 is L.
  • Figure 4 shows a schematic sectional view of another embodiment of a spark gap.
  • Figure 4 shows an embodiment with a
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of yet another embodiment of a spark gap.
  • a security element 27 which can also be designated by the English term “safety bush”, is fastened to the counterelectrode 11. After filling the spark gap with gas, it becomes attached to the electrode
  • the depression 5 is marked by an encircling.

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  • Spark Plugs (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Funkenstreckenanordnung mit einem Hohlkörper (1) aus isolierendem Material, der die Hauptachse (21) der Funkenstrecke umschließt, zwei Elektroden (11), die an stirnseitigen Bereichen des Hohlkörpers (1) angeordnet sind, sodass im Innern der so gebildeten Kammer (23) ein Entladungsraum definiert wird, wobei in der Hohlkörperinnenwand (3) eine Einsenkung (5) vorgesehen ist, sodass die Kammer (23) an zumindest einer Stirnseite radial nach außen über die Hohlkörperinnenwand (3) hinausragt.

Description

Beschreibung
Funkenstreckenanordnung Bei einer Funkenstrecke erfolgt in einem Entladungsraum zwischen zwei Elektroden eine Funkenbildung, die die
Elektroden kurzschließt, sobald die Spannung zwischen den beiden Elektroden auf eine Überschlagsspannung ansteigt. Bei getriggerten Funkenstrecken löst ein Zündmechanismus die Funkenbildung aus.
Der Entladungsraum kann durch einen hohlzylinderförmigen Bauelementkörper, beispielsweise aus Keramik, und stirnseitig angeordneten Elektroden, die eine Kammer bilden, geformt sein.
Für die Funktion und Anwendung von, insbesondere
getriggerten, Funkenstrecken ist es wünschenswert, dass deren Schaltverhalten nicht nur im Neuzustand der Funkenstrecke zuverlässig ist, sondern auch im Laufe der gesamten
Lebensdauer stabil und zuverlässig bleibt.
Wünschenswert ist während der gesamten Lebensdauer neben der Stabilität der Selbstdurchbruchspannung (kurz SBV als Akronym der englischsprachigen Bezeichnung „seif breakdown voltage" für Selbstdurchbruchspannung) auch die zuverlässige
Unterbindung von Zündausfällen, auch als „non-fires"
bezeichnet, und Frühzündern, auch als „pre-fires" bezeichnet, sowie Mehrfachzündern bei getriggerten Funkenstrecken.
Die Frühzünder können durch eine Bedampfung des
Bauelementkörpers durch von den Elektroden abgeschiedenem Metall begünstigt werden. Dadurch wird die Isolation zwischen den Elektroden mit fortschreitendem Alter der Funkenstrecke verringert und Frühzünder werden begünstigt. Eine wesentliche Verringerung der unerwünschten Frühzünder auch bei
fortschreitender Lebensdauer der Anordnung soll durch die beschriebene Erfindung erreicht werden.
Um mit einer getriggerten Funkenstrecke eine hohe Lebensdauer bei gleichzeitig geringer Rate von fehlerhaften Frühzündern zu erhalten, sind bisher unterschiedliche Maßnahmen gegen die Frühzünder verursachende Bedampfung des Bauelementkörpers vorgeschlagen worden: beispielsweise Versetzung des
Hauptentladungsspalts zwischen den Elektroden in einen
Hinterraum, sodass der Bauelementkörper nicht bedampfen kann, Platzierung des Hauptentladungsspalts einseitig in Richtung einer Hauptelektrode, um den Raum um die gegenüberliegende
Elektrode nicht übermäßig zu bedampfen, oder Abschattung der Hinterräume um die Hauptelektroden herum durch einen eng anliegenden keramischen Bauelementkörper. Die erfindungsgemäße Funkenstrecke ist eine
Funkenstreckenanordnung, die das Problem durch die Merkmale des Anspruchs 1 löst:
- ein Hohlkörper aus isolierendem Material, der die
Hauptachse der Funkenstreckenanordnung umschließt,
- zwei Elektroden, die an stirnseitigen Bereichen des
Hohlkörpers angeordnet sind, sodass im Innern der so
gebildeten Kammer ein Entladungsraum definiert wird,
wobei in der Hohlkörperinnenwand eine Einsenkung vorgesehen ist, sodass die Kammer an zumindest einer Stirnseite radial nach außen über die Hohlkörperinnenwand hinausragt.
Ein Hohlkörper ist ein im Wesentlichen rohrförmiger Körper mit beliebigem, vorzugsweise rundem, Querschnitt, dessen Durchmesser jedoch größer als seine Länge sein kann. Die offenen Enden des Hohlkörpers sind die Stirnseiten. Ferner sei bemerkt, dass seine Mantelflächen zwischen den
Stirnseiten nicht unbedingt nur axial verlaufen, sondern auch zumindest eine Einsenkung aufweisen, die am Innenmantel umlaufend ist. Die Einsenkung kann eine Abstufung mit einem im Wesentlichen radial verlaufenden und einen im Wesentlichen senkrecht dazu, axial verlaufenden Bereich sein. Letzerer geht mit einer Innenquerschnittsänderung des Hohlkörpers und/oder einer Dickenänderung der Hohlkörperwand einher.
Andere, beispielsweise abgerundete, Querschnitte der
Einsenkung sind denkbar.
Die Elektroden sind elektrische Leiter, die im stirnseitigen Bereich des Hohlkörpers angeordnet sind, sodass Elektroden- und Hohlzylinderwände eine Kammer formen, die der
Entladungsraum ist. Die Längsachse der Anordnung verläuft zwischen den Elektroden und ist bei einer
rotationssymmetrischen Anordnung auch die Symmetrieachse der Anordnung oder zumindest einiger ihrer Komponenten. Die
Elektroden sind vorzugsweise gasdicht mit dem Hohlkörper verbunden. Die Verbindung kann derart sein, dass die
Elektroden auf den Stirnflächen des Hohlkörpers aufgesetzt sind ohne den Innenmantel zu berühren. Alternativ kann die Befestigung derart erfolgen, dass die Elektroden auch den stirnseitigen Bereich des Innenmantels berühren.
Nichtsdestotrotz ist die Kammer im Kontaktbereich zwischen Elektroden und Hohlkörper radial aufgeweitet. Die Einsenkung im Hohlzylinder an einer oder beiden
Stirnseiten der Kammer schafft einen Bereich, der nicht von metallenen Bedampfungen der Bogenentladungen im
Hauptelektrodenspalt erreicht werden kann. Die radial oder im Wesentlichen radial verlaufenden Bereiche der Einsenkung bleiben ohne Bedampfung. Somit kann auch bei fortschreitender Lebensdauer eine Restisolation zwischen den Elektroden entlang der Hohlkörperinnenoberfläche aufrechterhalten werden.
Die Einsenkung unterbindet Frühzünder. Bei geeigneter
Dimensionierung der Einsenkung ist auch bei hoher
akkumulierter Impulszahl und in anderen Bereichen des
Hohlkörpers gut leitender kondensierter Ablagerung die
Funktion der Funkenstrecke trotzdem noch zuverlässig und Frühzünder können unterbunden werden. Dies ermöglicht, getriggerte Funkenstrecken mit erhöhter Betriebslebensdauer herzustellen .
Vorzugsweise weist der Hohlkörper an beiden Stirnseiten
Einsenkungen auf, sodass an beiden Übergängen zwischen
Hohlkörper und Elektroden eine Isolationsbarriere trotz möglicher Bedampfung vorhanden ist.
Durch diese Restisolation zwischen den Elektroden entsteht an der zwischen den Einsenkungen liegende Hohlkörperinnenwand ein sogenanntes „schwebendes Potential" in dem Moment, in dem sie leicht mit einer kondensierten leitenden Schicht, herrührend von den metallenen Bedampfungen der
Hauptentladung, bedeckt ist. Das Potenzial orientiert sich nun nicht mehr an den seitlichen Hauptelektroden, sondern es wird auf dem Mittenpotenzial zwischen den Hauptelektroden liegen, das heißt bei ungefähr 0 Volt oder der halben
Selbstdurchbruchspannung.
Die Elektroden können jeweils einen ins Kammerinnere ragenden Bereich, der beispielsweise Stift- oder zylinder- oder kuppeiförmig ist, aufweisen. Durch solche Elektroden lässt sich einerseits der gewünschte Verlauf des Funkenüberschlags auf den Bereich zwischen den Elektrodenenden lenken,
anderseits geht damit jedoch eine Bedampfung des zentralen Bereichs des Hohlkörpers einher; die Bedampfung nimmt
allerdings in den äußeren Bereichen des Hohlkörpers ab.
Letztgenannter Effekt kann verstärkt werden, wenn der ins Kammerinnere ragende Bereich einen Seitenbereich hat, der parallel zur Hohlkörperinnenwand verläuft.
In einer Ausführung erstreckt sich der von der Stirnseite mit Einsenkung ins Kammerinnere ragende Bereich weiter ins
Kammerinnere als der von der Stirnseite ohne Einsenkung ins Kammerinnere ragende Bereich. Diese Asymmetrie reduziert die Bedampfung im Bereich der Einsenkung.
Folgende Dimensionierungen sind bei einer Anordnung mit beidseitigen Einsenkungen vorteilhaft: Das Verhältnis zwischen dem Hauptabstand d der Elektroden und dem Abstand a zwischen der Hohlkörperinnenwand und dem ins Kammerinnere ragenden Bereich ist vorteilhafterweise d/a = 1,5...2. Der Hauptabstand d ist der kürzeste Abstand zwischen den
Elektroden, der üblicherweise zwischen den Enden der in die Kammer ragenden Bereiche auftritt. Bei oben beschriebenem Verhältnis ist eine Verbindung zur Hohlkörperwand optimal von der Hauptentladung entkoppelt. Es können jedoch auch größere Werte für das Verhältnis d/a, das heißt d/a > 2, gewählt werden, für den Fall, dass der hintere Kammerbereich mit der Einsenkung von metallenen Bedampfungen aus dem
Hauptentladungsspalt weitgehend freigehalten werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine langgestreckte Kammer erreicht werden. Bei einer Einsenkung an lediglich einer Stirnseite ist das Verhältnis zwischen dem Hauptabstand der Elektroden d und dem Abstand a zwischen der Hohlkörperinnenwand und dem ins
Kammerinnere ragenden Bereich größer oder gleich 0,75, vorzugsweise zwischen 0,75 und 1.
Der Abstand a zwischen der Hohlkörperinnenwand und dem ins Kammerinnere ragenden Bereich der Elektrode und die axiale Länge b der Abstufung sind vorzugsweise gleich oder nahezu gleich: a ~ b. Bei dieser Dimensionierung ist auch keine Entladung zwischen der Hohlkörperinnenwand und dem
Hohlkörperende (Metallisierungskante) möglich und somit wird jegliche Entladung über die Hohlkörperwand unterbunden. Vorteilhafterweise hat die Einsenkung eine radiale Tiefe s, die maximal 20 % der Wanddicke des Hohlkörpers beträgt, so dass die Festigkeit des Hohlkörpermaterials, vorzugsweise eine Keramik, und damit die Resistenz gegen Brüche und
Abscherungen noch nicht oder nur unwesentlich verringert werden.
Das Verhältnis von Kammerhöhe zu Kriechstrecke entlang des Hohlkörperinnenmantels der Kammer ist vorteilhafterweise größer oder gleich 0,8, sodass die Abstufung einen
ausreichenden Isolationsschutz bietet. Die Kriechstrecke ist der kürzeste Weg, den ein möglicher Kriechstrom zwischen den Elektroden entlang des Hohlkörperinnenmantels nehmen kann.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Hohlkörper ein
Hohlkreiszylinder mit einem Einstich an zumindest einer
Stirnseite zur Formung der Einsenkung. Die Elektroden weisen einen stiftförmigen oder kuppeiförmigen ins Kammerinnere ragenden Bereich auf. Die Elektroden weisen Befestigungsflansche auf. Dies sind sich radial erstreckende Bereiche zur Festigung auf den Stirnseiten des Hohlzylinders.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen veranschaulicht.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels einer Funkenstrecke. Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Funkenstrecke.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Funkenstrecke.
Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Funkenstrecke.
Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung noch
eines weiteren Ausführungsbeispiels einer
Funkenstrecke .
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Funkenstreckenanordnung, kurz Funkenstrecke. Die Funkenstrecke umfasst einen Hohlkörper 1, der als Hohlzylinder aus isolierendem Material ausgebildet ist und als Bauelementkörper dient. In diesem
Ausführungsbeispiel ist der Hohlkörper 1 aus Keramik. Der Hohlkörper 1 hat eine Innenwand 3, in der stirnseitige stufenförmige Einsenkungen 5 vorgesehen sind. Die
Einsenkungen 5 sind radiale Einschnitte in der Innenwand 3 des Hohlkörpers 1, die mit einer stirnseitigen
Innenquerschnittsvergrößerung sowie einer Wanddickenreduktion des Hohlkörpers 1 einhergehen. Als Innenmantel wird im
Folgenden der Bereich des Hohlkörpers bezeichnet, der sich innen zwischen den Stirnflächen, also Decken- und
Bodenflächen, erstreckt. Der Teil des Innenmantels zwischen den Einsenkungen 5 wird im Folgenden als Innenwand 3
bezeichnet .
Die Einsenkung 5 weist einen radialen Bereich 7 und einen dazu senkrechten axialen Bereich 9 auf. Es sei bemerkt, dass die Einsenkung 5 abgerundete Kanten aufweisen kann, sodass sich auch ein wellenförmiger Querschnitt ergeben kann. Die Tiefe s der Einsenkung 5 ist der Abstand zwischen der
Innenwand 3 und dem axialem Bereich 9. Die Länge der
Einsenkung b ist der Abstand zwischen der Stirnseite des Hohlzylinders 3 und dem radialen Bereich 5. Der Abstand zwischen den Einsenkungen 5 und damit die Höhe der Innenwand 3 ist L.
An den Stirnseiten des Hohlzylinders 1 sind Elektroden 11 befestig, die in den Hohlzylinder ragende kuppeiförmige
Bereiche 13 sowie sich radial erstreckende
Befestigungsflansche 15 zur Festigung auf den Stirnseiten des Hohlkörpers 1 aufweisen. Die kuppenförmigen Bereiche 13 haben einen zylinderförmigen Fußbereich und ein abgerundetes, in die Kammer ragendes Ende. In einer der Elektroden 13 ist eine Vorrichtung 17 zur Aufnahme der Zündvorrichtung sowie eine Zündelektrode 19 vorgesehen. Der Hauptabstand zwischen den Elektroden 11 ist d. Die Elektroden 11 sind vorzugsweise gasdicht am Hohlkörper 1 befestigt. Um Außenüberschläge zu verhindern, ist in oberen Breich der Elektrode 11 eine mittige Aussparung für die Zündelektrode 19, die in den kuppeiförmigen Bereich 13 ragt, vorgesehen. Der Hohlzylinderkörper 1 und die Elektroden 11 formen eine Kammer 23, die als Entladungsraum dient. In diesem
Ausführungsbeispiel, bei dem die Elektroden auf den
Stirnseiten aufsetzen, ist die Höhe der Kammer H gleich der Höhe des Hohlkörpers 1. Die Länge der Einsenkung b stimmt mit dem Abstand zwischen der Stirnseite der Kammer und dem radialen Bereich 7 überein. Dies wäre bei an der
Hohlkörperinnenseite anliegenden Elektroden (wie in Figur 2 dargestellt) nicht der Fall. Nichtsdestotrotz weist die
Kammer durch die Einsenkungen 5 radiale Verbreiterungen an ihren Stirnseiten auf.
In diesem Ausführungsbeispiel sind Elektroden 11 und
Hohlkörper 1 der Funkenstrecke rotationssymmetrisch zur
Längsachse 21 geformt. Die Einsenkungen 5 können als
Einstiche ausgebildet sein. Hierbei werden die Einstiche an der Wandinnenseite von der Stirnfläche her vorgenommen. Die Einstiche verringern die Wanddicke im Bereich der beiden Hohlkörperenden um typischerweise 20 %, sodass die Festigkeit der Keramik und damit die Widerstandsfähigkeit gegen Brüche und Abscherungen noch nicht oder nur unwesentlich verringert werden .
Im Betrieb der Funkenstrecke führt ein Zündimpuls der
Zündeinrichtung 19 dazu, dass ein Funkenüberschlag zwischen den Elektroden 11 erfolgt. Durch vielfachen Funkenschlag kann sich während der Lebensdauer der Funkenstrecke eine metallene Bedampfung an der Hohlkörperinnenseite niederschlagen. Die Einsenkungen 5 an den Stirnseiten des Hohlkörpers 1 formen einen im Wesentlichen radial verlaufenden Bereich 7, der nicht von metallenen Bedampfungen der Bogenentladungen im Hauptelektrodenspalt erreicht werden kann. Dieser senkrecht zur Innenwand 3 verlaufende Bereich 7 bleibt ohne Bedampfung. Somit wird immer eine Restisolation zwischen den Elektroden 11 aufrechterhalten.
Die zwischen den Einsenkungen 5 verlaufende Innenwand 3 mit der Länge L bekommt potenzialmäßig ein sogenanntes
„schwebendes Potential" in dem Moment, in dem sie leicht mit einer kondensierten leitenden Schicht, herrührend von den metallenen Bedampfungen der Hauptentladung, bedeckt ist. Das Potenzial orientiert sich nun nicht mehr an den seitlichen Hauptelektroden, sondern es wird auf dem Mittenpotential zwischen den Hauptelektroden liegen, das heißt bei ungefähr 0 Volt oder der halben Selbstdurchbruchspannung.
Hiermit ergeben sich neue konstruktive Bedingungen für die Abstände der Komponenten zueinander. Der Abstand a zwischen Hohlkörperinnenwand 3 und der Elektrodenwand sollte in einem bestimmten Verhältnis zum Hauptelektrodenabstand d stehen. Ideal ist hier ein Verhältnis 1,5 <= d/a <= 2, da hiermit die Verbindung zur Hohlkörperwand optimal von der Hauptentladung entkoppelt wird. Es können jedoch auch höhere Werte d/a > 2 gewählt werden, für den Fall, dass der hintere Bereich der Einsenkung 5 von metallenen Bedampfungen aus dem
Hauptentladungsspalt weitgehend freigehalten werden kann. Da die keramische Hohlkörperwand nunmehr elektrisch von den seitlichen Befestigungsflanschen 15 getrennt ist, kann sich auch keine elektrische Nebenentladung über die Keramikwand entwickeln. Hierfür ist weiterhin maßgebend, dass auch die Länge b der Einsenkungen 5 in einem bestimmten Verhältnis zum Hauptentladungsspalt steht und idealerweise dem Abstand a zwischen Hohlkörperinnenwand 3 und Elektrodenwand
entsprechen sollte: b ~ a. Somit ist dann auch keine
Entladung der Hohlkörperwand zum Hohlkörperende (Metallisierungskante) möglich und die Entladung über das Hohlkörperinnere wird unterbunden.
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Funkenstrecke. Um
Wiederholungen zu vermeiden, wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Elektroden 11 Vertiefungen 25 ins Kammerinnere auf, die der senkrechten Innenwand der Einsenkungen 5 benachbart sind oder diese auch berühren können (nicht dargestellt) . Diese Konstruktion kann eine passgenauere
Montage ermöglichen. Hinsichtlich der Definition der
Dimensionierungsgrößen ergibt sich damit Folgendes: b ist der Abstand zwischen der Innenwand 3 und der Kammerstirnseite. H ist die Kammerhöhe zwischen den Stirnseiten. Hinsichtlich der Dimensionierung gelten die oben genannten Ausführungen. Die zum axialen Bereich 9 der Einsenkung 5 benachbarte Vertiefung 25 der Elektrode 11 führt dazu, dass b effektiv geringer sein kann als bei Elektroden ohne Vertiefung, d.h. dass der
Einfluss von b bei einer Elektrode mit Vertiefung 25 nicht dem Einfluss eines gleichgroßen b bei einer Elektrode ohne Vertiefung entspricht sondern eher einem im Vergleich dazu kleineren b bei einer Elektrode ohne Vertiefung entspricht. Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Funkenstrecke. Um
Wiederholungen zu vermeiden, wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zu Figur 1 eingegangen.
Das Ausführungsbeispiel weist eine Einsenkung 5 an nur einer der Stirnseiten auf. Ferner reicht eine der Elektroden 11 weiter in den Innenraum als die gegenüberliegende. Bei der weiter hineinreichenden handelt es sich um die Elektrode, die an derselben Stirnseite wie die Einsenkung 5 angebracht ist. Dies ist die der Zündeinrichtung 19 gegenüberliegende
Elektrode, die auch als Gegenelektrode bezeichnet wird. Der Abstand zwischen der Einsenkungen 5 und der nicht
benachbarten Kammerstirnseite und damit die Höhe der
Innenwand 3 ist L.
Während der Nutzung der Funkenstrecke und der Kondensation von metallenen Schichten auf der Hohlkörperkeramik kann das elektrische Potenzial von der angeschlossenen Elektrode über die Wand zur Gegenelektrode geführt werden. Entsprechend gilt hierfür das Verhältnis d/a: 0.75 <= d/a <= 1 im Idealfall, oder auch d/a > 1 bei eng an die Elektrodenzylinder
anliegender Keramik, um eine Gasentladung über die Keramik zu verhindern. Im Zusammenhang mit einem unsymmetrischen Aufbau der Funkenstrecke und einem langgestrecktem parallelen
Verlauf zwischen Gegenelektrode und anliegender Keramik kann für diesen Fall die Isolation über die Keramikwand während der Belastung der Funkenstrecke über einen langen Zeitraum erhalten bleiben.
Durch die Einsenkung 5 und den damit einhergehenden
stufenförmigen Abschnitt auf der Kriechstrecke, die entlang des Hohlkörperinneren zwischen den Elektroden 11 verläuft, beträgt die Kriechstrecke K = L + 2s + 2b für die beidseitige Einsenkung und K = L + s + b für die einseitige Einsenkung. Das Verhältnis der der Kammerhöhe zur Kriechstrecke K soll H/K >= 0.8 betragen.
Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Funkenstrecke. Um
Wiederholungen zu vermeiden, wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zu Figur 2 eingegangen. Im Gegensatz zu Figur 2 mit Einsenkung im Hohlzylinder an beiden Stirnseiten der Kammer, zeigt Figur 4 ein Ausführungsbeispiel mit einer
Einsenkung im Hohlzylinder an nur einer der Stirnseiten.
Dieser kann sich entweder an der unteren oder der oberen Stirnseite (nicht dargestellt) befinden.
Das Vorsehen der Einsenkungen 5 erlaubt Frühzünder zu
unterbinden und ermöglicht unter den angegebenen
Dimensionierungsvorschriften auch bei hoher akkumulierter Impulszahl und relativ gut leitender kondensierter Ablagerung auf der Keramik, dass die Schaltfunkenstrecke trotzdem noch zuverlässig arbeitet und Frühzünder unterbindet. Es wird hiermit die Möglichkeit eröffnet, getriggerte Funkenstrecken mit erhöhter Betriebslebensdauer herzustellen. Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung noch eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Funkenstrecke. Um
Wiederholungen zu vermeiden, wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. Hierbei handelt es sich um eine Funkenstrecke mit Einsenkungen 5 an beiden Stirnseiten des Hohlkörpers 1. Auf einer Stirnseite sind die Elektrode 11 und eine Zündeinrichtung 19 vorgesehen. Auf der
gegenüberliegenden Seite ist ein Sicherheitselement 27, das auch mit dem englischen Begriff „safety bush" bezeichnet werden kann, an der Gegenelektrode 11 befestigt. Es wird nach dem Füllen der Funkenstrecke mit Gas an die Elektrode
gelötet. Die Einsenkung 5 ist durch eine Umkreisung markiert.
Die Merkmale der Ausführungsbeispiele sind kombinierbar.

Claims

Patentansprüche
1. Funkenstreckenanordnung mit
- einem Hohlkörper (1) aus isolierendem Material, der die Hauptachse (21) der Funkenstrecke umschließt,
- zwei Elektroden (11), die an stirnseitigen Bereichen des Hohlkörpers (1) angeordnet sind, sodass im Inneren der so gebildeten Kammer (23) ein Entladungsraum definiert wird, wobei in der Hohlkörperinnenwand (3) eine Einsenkung (5) vorgesehen ist, sodass die Kammer (23) an zumindest einer
Stirnseite radial nach außen über die Hohlkörperinnenwand (3) hinausragt .
2. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1
mit einer weiteren Einsenkung (5) in der Hohlkörperinnenwand (3) , sodass die Kammer (23) an beiden Stirnseiten radial nach außen über die Hohlkörperinnenwand (3) hinausragt.
3. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Elektroden (11) jeweils einen ins Kammerinnere ragenden Elektrodenbereich (13) aufweisen.
4. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 3 rückbezogen auf Anspruch 1,
wobei der von der Stirnseite mit der Einsenkung (5) ins
Kammerinnere ragende Elektrodenbereich (13) sich weiter ins Kammerinnere erstreckt als der von der Stirnseite ohne
Einsenkung ins Kammerinnere ragende Elektrodenbereich (13).
5. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 3 oder 4,
wobei der ins Kammerinnere ragende Elektrodenbereich (13) einen Seitenbereich hat, der parallel zur Hohlkörperinnenwand (3) verläuft.
6. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 3 rückbezogen auf Anspruch 1, Anspruch 4 oder Anspruch 5,
wobei das Verhältnis zwischen dem Hauptabstand (d) der
Elektroden (11) und dem Abstand (a) zwischen der
Hohlkörperinnenwand (3) und dem ins Kammerinnere ragenden Elektrodenbereich (13) größer oder gleich 0,75 ist.
7. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 6,
wobei das Verhältnis zwischen dem Hauptabstand (d) der
Elektroden (11) und dem Abstand zwischen der
Hohlkörperinnenwand (3) und dem ins Kammerinnere ragenden Elektrodenbereich (13) zwischen 0,75 und 1 ist.
8. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 3 rückbezogen auf Anspruch 2 oder Anspruch 5,
wobei das Verhältnis zwischen dem Hauptabstand (d) der
Elektroden (11) und dem Abstand (a) zwischen der
Hohlkörperinnenwand (3) und dem ins Kammerinnere ragenden Elektrodenbereich (13) größer oder gleich 1,5 ist.
9. Funkenstreckenanordnung nach Anspruch 8,
wobei das Verhältnis zwischen dem Hauptabstand (d) der
Elektroden (11) und dem Abstand (a) zwischen der
Hohlkörperinnenwand (3) und dem ins Kammerinnere ragenden Elektrodenbereich (13) zwischen 1,5 und 2 ist.
10. Funkenstreckenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Abstand zwischen der Hohlkörperinnenwand (3) und dem ins Kammerinnere ragenden Elektrodenbereich (13) und die axiale Länge (b) der Einsenkung (5) gleich oder nahezu gleich sind .
11. Funkenstreckenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Einsenkung (5) eine radiale Tiefe (s) hat, die maximal 20 % der Wanddicke des Hohlkörpers (1) beträgt.
12. Funkenstreckenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Verhältnis von Kammerhöhe (H) und Kriechstrecke (K) entlang der Hohlkörperinnenseite der Kammer (23) größer oder gleich 0,8 ist .
13. Funkenstreckenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Hohlkörper (1) ein Hohlkreiszylinder mit einem Einstich an zumindest einer Stirnseite zur Formung der
Einsenkung (5) ist.
14. Funkenstreckenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Elektroden (11) einen stift-, zylinder- oder kuppeiförmigen ins Kammerinnere ragenden Elektrodenbereich (13) aufweisen.
15. Funkenstreckenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Elektroden (11) Befestigungsflansche (15)
aufweisen, mit denen sie auf den Stirnseiten des Hohlkörpers (1) befestigt sind.
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