WO2019029929A1 - Triggerbare funkenstrecke mit flacher bauform und verwendung einer funkenstrecke - Google Patents

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WO2019029929A1
WO2019029929A1 PCT/EP2018/068658 EP2018068658W WO2019029929A1 WO 2019029929 A1 WO2019029929 A1 WO 2019029929A1 EP 2018068658 W EP2018068658 W EP 2018068658W WO 2019029929 A1 WO2019029929 A1 WO 2019029929A1
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WO
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spark gap
anode
cathode
trigger electrode
gap according
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Wolfgang Daeumer
Frank Werner
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Tdk Electronics Ag
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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
    • H01T2/00—Spark gaps comprising auxiliary triggering means
    • H01T2/02—Spark gaps comprising auxiliary triggering means comprising a trigger electrode or an auxiliary spark gap
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/537—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a spark gap
    • 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
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/20—Means for starting arc or facilitating ignition of spark gap

Definitions

  • Triggerable spark gaps provide a way to switch momentary electrical currents ⁇ cal high electrical performance.
  • they offer technical alternative solutions to semiconductor scarf ⁇ tern and mechanical switches.
  • spark gaps for high currents in the kilo-ampere range for voltages in the kilovolt range, which have a cylindrical structure to do so. Spark gaps are z. B. from the article "A planar micro spark gap switch with a triggering electrode" by H. Shen, Z. Yang, G. Ding, Z. Zhou and X. Zhao (Micro and Nano-Systems, 2011, 3, p Furthermore spark gaps are known from publication CN 101814701 A.
  • spark gaps with a smaller design, which nevertheless necessarily have high electrical powers, eg high electrical currents at high electrical voltages, in a short time
  • spark gaps should have high reliability and enable a large number of switching operations, particularly for the transportable operation of electrical devices, very small and space-saving spark gaps are required.
  • spark gap according to claim 1 is given. From ⁇ dependent claims provide advantageous embodiments.
  • the triggerable spark gap comprises a bottom plate, a cap, a cathode, an anode and a trigger electrode.
  • the bottom plate and the cap enclose a cavity.
  • the cathode, the anode and the trigger electrode are arranged in the cavity on the bottom plate.
  • the cathode, the anode and the trigger electrode are designed as a conductive coating on the bottom plate.
  • Gas discharge share and a G réelletladungsanteil can have ⁇ .
  • the bottom plate and / or the cap are made of materials selected from: a ceramic, a ceramic comprising alumina, a ceramic comprising Al 2 O 3 , Al 2 O 3 .
  • alumina as a material for the bottom plate ⁇ or the cap allows a hermetic seal of the cavity.
  • the base plate and the cap can be mechanically fixed and hermetically sealed together by a solder connection.
  • Aluminum oxide is a good insulator and chemically inert so that high reliability and good electrical properties can be obtained. It is thus possible that the triggerable spark gap allows some hun ⁇ hundred thousand switching operations at substantially gleich Economicsen- shift quality.
  • hermetic encapsulation e.g. compared to spark gaps from the o.g. Post, an improved hermetic encapsulation
  • a solder material between the bottom plate and the cap can be a eutectic alloy, for. With silver (Ag) and copper (Cu).
  • the alloy can have a silver content of 72 At. % Silver and 18 at. % Copper.
  • the bottom plate consists of an insulating material.
  • Bottom plate and cap are preferably gas-tight.
  • the conductive coating may consist of a single layer or comprise multiple layers.
  • the conductive coating has a first layer of molybdenum (Mo), manganese (Mn), a Mo ⁇ lybdenum-manganese alloy and / or nickel (Ni) includes.
  • the conductive coating can have a second layer comprising nickel or made of Ni ⁇ ckel.
  • the conductive coating is a layer system of two layers, wherein the lower layer may be the above-mentioned first layer and the upper layer may be the above-mentioned second layer.
  • the conductive coating has a nickel-containing layer on a molybdenum-manganese-containing metallization.
  • the first layer of the conductive coating may have a thickness between 5 and 25 ym.
  • the second layer of the conductive coating may have a thickness between 3 ⁇ m and 8 ⁇ m.
  • a preferred thickness of the first layer is between 10 and 20 ym.
  • a preferred thickness of the second layer is about 5 ym.
  • the spark gap comprises a pump nozzle.
  • the pump neck is closed by a pinch.
  • the cavity can be evacuated and / or filled with a desired atmosphere via the pump nozzle, which can connect the cavity to its surroundings during the production of the spark gap.
  • the atmosphere can comprise N 2 ( ⁇ stick material), H 2 (hydrogen) and / or a noble gas.
  • the noble gas can be selected from helium, neon, argon, krypton and xenon.
  • the gas in the cavity may also include various noble gases or mixtures of various noble gases, nitrogen and hydrogen.
  • One possible mixture contains H 2 , N 2 and argon.
  • the composition of the gas in the cavity and the pressure of the gas in the cavity are chosen so that desired ignition voltages are obtained at a given electrode geometry.
  • the filling pressure in the cavity may e.g. 0.5 bar to 3 bar.
  • a possible pressure is for example 2 bar. It is possible that the two-dimensional construction of the
  • Cathode comprises two parallel, rectilinear edges.
  • the edges at ⁇ are each on both sides by bows, z. B. connected by round arches.
  • the two-dimensional construction of the trigger electrode comprises a first, round portion and a second, elongated portion.
  • the elongated From ⁇ section is completed by a round on the opposite end of round section.
  • the two-dimensional construction of the anode comprises a semicircular first portion and a second portion with two portions.
  • Each of the two sections of the second section is connected to the first section of the anode via an elongated section.
  • the elongated portion of the trigger ⁇ electrode between the two portions of the second exhaust section is arranged the anode.
  • the anode encloses the semicircular first section of the trigger electrode in Substantially almost completely, with the trigger ⁇ electrode and must not touch the anode in order to prevent an electrical short circuit.
  • the distance between cathode and anode is between 1 mm and 3 mm.
  • the distance between anode and trigger electrode can be 0.5 mm.
  • the distance Zvi ⁇ rule cathode and trigger electrode is preferably smaller than the distance between cathode and anode.
  • the electrodes enable the above-mentioned floating charge ratio, so that a spark gap of low overall height can be obtained, although the spark gap offers good electrical characteristics and high reliability.
  • the Funkenstre ⁇ bridge to an electric power between 2 and 20 J J without De ⁇ fect can be provided and adapted in a shift operation to transfer several hundred thousand times.
  • the radio link comprises a cuboidal in ⁇ We sentlichen body having a length between 50 and 70 mm, a width between 25 and 35 mm and a height of between 15 and 25 mm. Edges and / or corners of the substantially parallelepiped body may have a bevel or be rounded.
  • spark gap is given, which can reliably handle currents in the ampere range at voltages in the kilovolt range and thereby allows a small design, especially a low Bau ⁇ form.
  • the spark gap has a height of 20 mm or less.
  • a preferred width is 30 mm and a preferred length is 60 mm.
  • the working voltage of the triggerable spark gap i. the voltage between cathode and anode before triggering may be at some kV, e.g. at 1 kV, 5 kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV, 25 kV or higher. Preferred voltages are at or near 5 kV, 10 kV and 15 kV.
  • the switching voltage i. the voltage between cathode and trigger electrode can be in the range of 50% to 75% of the switching voltage. It is possible to have such a triggerable spark gap for
  • a combination of high-capacity capacitor and the spark gap provides a suitable energy source for elekt ⁇ generic devices for the generation of ultrasonic waves.
  • Corresponding ultrasound waves can be used to reduce kidney stones (eg as part of a
  • Fig. 1 is a perspective view of a spark gap.
  • Fig. 3 is a plan view of the electrode structures on the bottom plate.
  • Fig. 4 is a perspective view of the bottom plate with
  • Electrode structures are Electrode structures.
  • Fig. 5 typical characteristic dimensions of the spark ⁇ stretch.
  • the spark gap TFS has a bottom plate BP and a cap KP KA, a trigger terminal TA and an anode terminal AA arranged over the cathode terminal KA, the trigger terminal TA and the anode terminal AA, the spark gap can be connected to an external circuit environment ..
  • the cavity between cap KP and bottom plate BP evacuated ie a
  • the cavity in the interior of the spark gap can then be hermetically sealed by kinking and squeezing the filler neck ES
  • the material of the cap KP, the bottom plate, can then be hermetically sealed te BP and a solder connection between cap and bottom plate are preferably chosen so that a hermetically sealed encapsulation of the cavity
  • FIG. 2 shows a cross section through the triggerable spark gap TFS.
  • the solder joint LV connect the bottom plate BP with the cap KP airtight and mechanically.
  • the A ⁇ filler neck IT projects through the base plate BP, so that a gas exchange is possible as long as the filler ES is not yet closed by kinking or crushing.
  • the cathode connection KA is designed with the flat
  • Electrode coating connected to the top of the bottom plate BP.
  • the trigger connection is connected to the likewise areally configured metallization of the trigger electrode.
  • the anode terminal AA is connected to the likewise planarized metallization of the anode.
  • the Katho ⁇ dena circuit KA and the anode connection AA can be wired with electrodes ei ⁇ nes capacitor during operation of the radio link TFS.
  • a voltage of a few kilovolts may be applied to the electrodes of the capacitor in the charged state.
  • no charge transport from the cathode to anode takes place or an electrical Fun ⁇ kenentladung from the cathode to the anode triggered. This activation of the spark gap happens at one
  • FIG. 3 shows a possible geometry of the cathode K, the anode A and the trigger electrode TE.
  • the cathode K may have a first edge Kl and a second edge K2.
  • the first edge K1 and the second edge K2 are connected at their respective ends pointing in the same direction by bends KB.
  • the second edge K2 points in the direction of the anode A and in the direction of the trigger electrode TE.
  • the first edge Kl is disposed on the side facing away from the anode A.
  • the trigger electrode TE has a first round section
  • the anode has a semicircular first section AI and a second section A2 with two partial areas TB1, TB2 (see Fig. 5). Each of the two sections is connected to the first round section AI of the anode by an elongated section ALA1, ALA2.
  • the two subregions TB1, TB2 likewise have rectilinear edges at the end of the anode A directed towards the cathode K.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the base plate BP with metallizations arranged thereon, which contain the solderable connection LV and the electrode structures.
  • the distance dl between cathode K and anode A is preferably between 1 mm and 3 mm and may be, for example, 2 mm.
  • Ab ⁇ d2 between the trigger electrode TE and the anode A may be about 0.5 mm.
  • the distance between cathode and The trigger electrode d3 is preferably smaller than the distance between the cathode and the anode.
  • the triggerable spark gap is not limited to the shown technical details and embodiments. Spark gaps with additional connections, z. B. ground connections and the like are also included.
  • ALA1, ALA2 elongate portions connecting portions of the second portion of the anode to the first portion of the anode

Landscapes

  • Spark Plugs (AREA)

Abstract

Es wird eine zuverlässig arbeitende triggerbare Funkenstrecke TFS mit kleinen Abmessungen angegeben. Die Funkenstrecke hat eine Bodenplatte BP und eine Kappe KP. Auf der Bodenplatte sind eine Kathode K, eine Anode A und eine Triggerelektrode TE als leitfähige Beschichtungen ausgeführt.

Description

Beschreibung
Triggerbare Funkenstrecke mit flacher Bauform und Verwendung einer Funkenstrecke
Die Erfindung betrifft triggerbare Funkenstrecken, insbesondere solche mit flacher Bauform, und mögliche Verwendungen solcher Funkenstrecken. Triggerbare Funkenstrecken (auch getriggerte Funkenstrecken genannt) stellen eine Möglichkeit dar, kurzzeitige elektri¬ sche Ströme hoher elektrischer Leistung zu schalten. Damit bieten sie technische Alternativlösungen zu Halbleiterschal¬ tern und mechanischen Schaltern.
Es gibt Funkenstrecken für hohe Ströme im Kiloampere-Bereich für Spannungen im Kilovolt-Bereich, die dazu einen zylindrischen Aufbau aufweisen. Funkenstrecken sind z. B. aus dem Beitrag „A planar micro spark gap switch with a triggering electrode" von H. Shen, Z. Yang, G. Ding, Z. Zhou und X. Zhao (Micro and Nano-Systems , 2011, 3, Seiten 354 - 359) bekannt. Ferner sind Funkenstrecken aus der Veröffentlichungsschrift CN 101814701 A bekannt. Allerdings besteht der Wunsch, Funkenstrecken mit kleinerer Bauform zu haben, die dennoch notwendigerweise hohe elektrische Leistungen, z. B. hohe elektrische Ströme bei hohen elektrischen Spannungen, in kurzer Zeit schalten können. Dabei sollen Funkenstrecken eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen und eine Vielzahl an Schaltvorgängen ermöglichen. Insbesondere für den transportablen Betrieb elektrischer Vorrichtungen werden sehr kleine und raumsparende Funkenstrecken benötigt . Dafür wird eine Funkenstrecke gemäß Anspruch 1 angegeben. Ab¬ hängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.
Die triggerbare Funkenstrecke umfasst eine Bodenplatte, eine Kappe, eine Kathode, eine Anode und eine Triggerelektrode.
Die Bodenplatte und die Kappe umschließen einen Hohlraum. Die Kathode, die Anode und die Triggerelektrode sind im Hohlraum auf der Bodenplatte angeordnet. Die Kathode, die Anode und die Triggerelektrode sind als leitfähige Beschichtung auf der Bodenplatte ausgeführt.
Im Gegensatz zu bekannten triggerbaren Funkenstrecken, die für hohe elektrische Leistungen große Bauformen benötigen, wird somit eine flächenhaft ausgestaltete, zweidimensionale Konstruktion mit flächenhaft ausgestalteten, im Wesentlichen zweidimensional strukturierten Elektroden angegeben, so dass eine deutlich reduzierte Bauhöhe der Funkenstrecke erhalten werden kann, ohne elektrische Eigenschaften und die Zuverläs¬ sigkeit zu verschlechtern. Durch die im Wesentlichen zweidi- mensionale Konstruktion der Elektroden, die dadurch erhalten wird, dass die Elektroden als leitfähige Beschichtung ausge¬ führt sind, sind Entladungen möglich, die sowohl einen
Gasentladungsanteil als auch einen Gleitentladungsanteil auf¬ weisen können.
Vorteilhafte Geometrien für die zweidimensionalen Elektrodenstrukturen sind weiter unten aufgeführt.
Es ist möglich, dass die Bodenplatte und/oder die Kappe aus Materialien bestehen, die ausgewählt sind aus: Einer Keramik, einer ein Aluminiumoxid umfassenden Keramik, einer AI2O3 umfassenden Keramik, AI2O3. Die Verwendung von Aluminiumoxid als Material für die Boden¬ platte oder die Kappe ermöglicht eine hermetische Abdichtung des Hohlraums. Die Bodenplatte und die Kappe können durch eine Lotverbindung mechanisch fest und hermetisch dicht mit- einander verbunden sein. Aluminiumoxid ist ein guter Isolator und chemisch inert, so dass eine hohe Zuverlässigkeit und gute elektrische Eigenschaften erhalten werden können. Es ist somit möglich, dass die triggerbare Funkenstrecke einige hun¬ derttausend Schaltvorgänge bei im Wesentlichen gleichbleiben- der Schaltqualität ermöglicht.
Durch die hermetische Abkapselung wird, z.B. im Vergleich zu Funkenstrecken aus dem o.g. Beitrag, ein verbessertes
Bauelement erhalten.
Ein Lotmaterial zwischen Bodenplatte und Kappe kann eine eu- tektische Legierung, z. B. mit Silber (Ag) und Kupfer (Cu) sein. Die Legierung kann einen Silberanteil von 72 At . % Silber und 18 At . % Kupfer haben.
Andere Materialien für das Lot, die Bodenplatte und die Kappe sind ebenfalls möglich. Vorzugsweise besteht die Bodenplatte dabei aus einem isolierenden Material. Bodenplatte und Kappe sind vorzugsweise gasdicht.
Die leitfähige Beschichtung kann aus einer einzigen Lage bestehen oder mehrere Lagen umfassen.
Entsprechend ist es möglich, dass die leitfähige Beschichtung eine erste Lage hat, die Molybdän (Mo) , Mangan (Mn) , eine Mo¬ lybdän-Mangan-Legierung und/oder Nickel (Ni) umfasst. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die leitfähige Beschichtung eine zweite Lage haben, die Nickel umfasst oder aus Ni¬ ckel besteht. Insbesondere ist es möglich, dass die leitfähige Beschichtung ein Lagensystem aus zwei Lagen ist, wobei die untere Lage die oben genannte erste Lage sein kann und die obere Lage die oben genannte zweite Lage sein kann. Damit hat die leitfähige Beschichtung eine nickelenthaltende Schicht auf einer Molyb- dän-Mangan-haltigen Metallisierung.
Die erste Lage der leitfähigen Beschichtung kann eine Dicke zwischen 5 und 25 ym aufweisen. Die zweite Lage der leitfähigen Beschichtung kann eine Dicke zwischen 3 ym und 8 ym ha- ben. Eine bevorzugte Dicke der ersten Lage liegt zwischen 10 und 20 ym. Eine bevorzugte Dicke der zweiten Lage liegt bei etwa 5 ym.
Es ist ferner möglich, dass die Funkenstrecke einen Pumpstut- zen umfasst. Der Pumpstutzen ist durch eine Quetschung verschlossen .
Über den Pumpstutzen, der während der Herstellung der Funkenstrecke den Hohlraum mit seiner Umgebung verbinden kann, kann der Hohlraum evakuiert und/oder mit einer gewünschten Atmosphäre gefüllt werden. Die Atmosphäre kann dabei N2 (Stick¬ stoff), H2 (Wasserstoff) und/oder ein Edelgas umfassen. Das Edelgas kann dabei ausgewählt sein aus Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Das Gas im Hohlraum kann auch verschiedene Edelgase oder Mischungen aus verschiedenen Edelgasen, Stickstoff und Wasserstoff umfassen.
Ein mögliches Gemisch enthält H2, N2 und Argon. Die Zusammensetzung des Gases im Hohlraum und der Druck des Gases im Hohlraum sind dabei so gewählt, dass gewünschte Zündspannungen bei einer vorgegebenen Elektrodengeometrie er- halten werden.
So kann der Befülldruck im Hohlraum z.B. 0,5 bar bis 3 bar betragen. Ein möglicher Druck beträgt beispielsweise 2 bar. Es ist möglich, dass die zweidimensionale Konstruktion der
Kathode zwei parallele, geradlinige Kanten umfasst. Die bei¬ den Kanten sind jeweils auf beiden Seiten durch Bögen, z. B. durch runde Bögen verbunden. Es ist möglich, dass die zweidimensionale Konstruktion der Triggerelektrode einen ersten, runden Abschnitt und einen zweiten, länglichen Abschnitt umfasst. Der längliche Ab¬ schnitt ist durch eine Rundung auf der dem runden Abschnitt gegenüberliegenden Ende abgeschlossen.
Es ist möglich, dass die zweidimensionale Konstruktion der Anode einen halbkreisförmigen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt mit zwei Teilbereichen umfasst. Jeder der beiden Teilbereiche des zweiten Abschnitts ist jeweils über einen länglichen Abschnitt mit dem ersten Abschnitt der Anode verbunden .
Es ist möglich, dass der längliche Abschnitt der Trigger¬ elektrode zwischen den beiden Teilbereichen des zweiten Ab- Schnitts der Anode angeordnet ist. Die Anode umschließt den halbkreisförmigen ersten Abschnitt der Triggerelektrode im Wesentlichen beinahe vollständig, wobei sich die Trigger¬ elektrode und die Anode nicht berühren dürfen, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden. Es ist möglich, dass der Abstand zwischen Kathode und Anode zwischen 1 mm und 3 mm beträgt. Der Abstand zwischen Anode und Triggerelektrode kann 0,5 mm betragen. Der Abstand zwi¬ schen Kathode und Triggerelektrode ist vorzugsweise kleiner als der Abstand zwischen Kathode und Anode.
Derartig geformte zweidimensionale Strukturen der Elektroden ermöglichen den oben genannten Gleitladungsanteil , so dass eine Funkenstrecke mit niedriger Bauhöhe erhalten werden kann, obwohl die Funkenstrecke gute elektrische Eigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit bietet. So kann die Funkenstre¬ cke dazu vorgesehen und geeignet sein, bei einem Schaltvorgang eine elektrische Energie zwischen 2 J und 20 J ohne De¬ fekt einige hunderttausend Male zu übertragen. Ferner ist es möglich, dass die Funkenstrecke einen im We¬ sentlichen quaderförmigen Körper aufweist, der eine Länge zwischen 50 und 70 mm, eine Breite zwischen 25 und 35 mm und eine Höhe zwischen 15 und 25 mm hat. Kanten und/oder Ecken des im Wesentlichen quaderförmigen Körpers können eine Fase aufweisen oder abgerundet sein.
Verglichen mit konventionellen Funkenstrecken wird somit eine Funkenstrecke angegeben, die Ströme im Ampere-Bereich bei Spannungen im Kilovolt-Bereich zuverlässig verarbeiten kann und dabei eine kleine Bauform, besonders eine niedrige Bau¬ form, ermöglicht. Insbesondere ist es möglich, dass die Funkenstrecke eine Höhe von 20 mm oder weniger aufweist.
Eine bevorzugte Breite beträgt 30 mm und eine bevorzugte Länge beträgt 60 mm.
Die Arbeitsspannung der triggerbaren Funkenstrecke, d.h. die Spannung zwischen Kathode und Anode vor dem Auslösen, kann bei einigen kV, z.B. bei 1 kV, 5 kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV, 25 kV oder höher liegen. Bevorzugte Spannungen liegen bei oder in der Nähe von 5 kV, 10 kV und 15 kV. Die Schaltspannung, d.h. die Spannung zwischen Kathode und Triggerelektrode kann im Bereich um 50% bis 75% der Schaltspannung liegen. Es ist möglich, eine solche triggerbare Funkenstrecke zum
Entladen der elektrischen Energie eines geladenen Kondensators in einen elektrischen Schwingkreis zu verwenden.
Es ist ferner möglich, eine solche Funkenstrecke in einer tragbaren elektrischen Vorrichtung zu verwenden.
Eine Kombination aus Kondensator mit hoher Kapazität und der Funkenstrecke ergibt eine geeignete Energiequelle für elekt¬ rische Vorrichtungen zur Erzeugung von Ultraschallwellen. Entsprechende Ultraschallwellen können dazu verwendet werden, Nierensteine zu verkleinern (z.B. im Rahmen einer
Lithotripsie) . Das Funktionsprinzip der Funkenstrecke und Details möglicher Ausführungsformen sind in den schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Funkenstrecke.
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Funkenstrecke.
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Elektrodenstrukturen auf der Bodenplatte.
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Bodenplatte mit
Elektrodenstrukturen .
Fig. 5 typische charakteristische Abmessungen der Funken¬ strecke .
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der triggerbaren Funkenstrecke TFS, wobei der Begriff „Funkenstrecke" synonym zum Begriff Funkenstrecken-Bauelement verwendet wird. Die Funkenstrecke TFS hat eine Bodenplatte BP und eine Kappe KP. An der Unterseite der Bodenplatte sind ein Einfüllstutzen ES, ein Kathodenanschluss KA, ein Triggeranschluss TA und ein Anodenanschluss AA angeordnet. Über den Kathodenanschluss KA, den Triggeranschluss TA und den Anodenanschluss AA kann die Funkenstrecke mit einer externen Schaltungsumgebung verschaltet werden. Über den Einfüllstutzen ES kann der Hohlraum zwischen Kappe KP und Bodenplatte BP evakuiert, d.h. ein darin befindliches Gas abgepumpt, und gegebenenfalls anschließend mit einer gewünschten atmosphärischen Zusammensetzung gefüllt werden. Anschließend kann durch Umknicken und Quetschen des Einfüllstutzens ES der Hohlraum im Inneren von der Umgebung der Funkenstrecke hermetisch isoliert werden. Das Material der Kappe KP, der Bodenplatte BP und einer Lotverbindung zwischen Kappe und Bodenplatte sind vorzugsweise so gewählt, dass eine hermetisch dichte Abkapselung des Hohlraums
erhalten wird.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die triggerbare Funken- strecke TFS . Die Lotverbindung LV verbinden die Bodenplatte BP mit der Kappe KP luftdicht und mechanisch fest. Der Ein¬ füllstutzen ES ragt durch die Bodenplatte BP, so dass ein Gasaustausch möglich ist, so lange der Einfüllstutzen ES noch nicht durch Abknicken oder Quetschen verschlossen ist. Der Kathodenanschluss KA ist mit der flächig ausgestalteten
Elektrodenbeschichtung an der Oberseite der Bodenplatte BP verbunden. Der Triggeranschluss ist mit der ebenfalls flächig ausgestalteten Metallisierung der Triggerelektrode verbunden. Der Anodenanschluss AA ist mit der ebenfalls flächig ausge- stalteten Metallisierung der Anode verbunden.
Während des Betriebs der Funkenstrecke TFS können der Katho¬ denanschluss KA und der Anodenanschluss AA mit Elektroden ei¬ nes Kondensators verschaltet sein. An den Elektroden des Kon- densators kann im geladenen Zustand eine Spannung von einigen Kilovolt anliegen. Je nach elektrischem Potential, das am Triggeranschluss TA anliegt, findet kein Ladungstransport von der Kathode zur Anode statt bzw. wird eine elektrische Fun¬ kenentladung von der Kathode zur Anode getriggert. Diese Ak- tivierung der Funkenstrecke geschieht dabei bei einem
elektrischen Potential, mit dem die Triggerelektrode beauf¬ schlagt ist, wobei der Wert des Potentials von der Elektro¬ dengeometrie, insbesondere den Elektrodenabständen und der Form der zweidimensionalen Elektrodenstruktur sowie vom Druck und von der Zusammensetzung der Atmosphäre im Hohlraum H abhängt . Figur 3 zeigt eine mögliche Geometrie der Kathode K, der Anode A und der Triggerelektrode TE . Die Kathode K kann eine erste Kante Kl und eine zweite Kante K2 aufweisen. Die erste Kante Kl und die zweite Kante K2 sind dabei an ihren jeweils in die gleiche Richtung weisenden Enden durch Bögen KB verbunden. Die zweite Kante K2 zeigt in Richtung der Anode A und in Richtung der Triggerelektrode TE . Die erste Kante Kl ist an der Seite, die von der Anode A wegweist, angeordnet. Die Triggerelektrode TE hat einen ersten, runden Abschnitt
TE1 und einen zweiten, länglichen Abschnitt TE2. Der längliche Abschnitt ist durch eine Rundung TER auf dem dem runden Abschnitt TE1 gegenüberliegenden Ende abgeschlossen. Die Anode hat einen halbkreisförmigen ersten Abschnitt AI und einen zweiten Abschnitt A2 mit zwei Teilbereichen TB1, TB2 (vgl. Fig. 5) . Jeder der beiden Teilbereiche ist durch einen länglichen Abschnitt ALA1, ALA2 mit dem ersten runden Abschnitt AI der Anode verbunden. Die beiden Teilbereiche TB1, TB2 weisen ebenfalls geradlinige Kanten an dem zur Kathode K gerichteten Ende der Anode A auf.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Bodenplatte BP mit darauf angeordneten Metallisierungen, die die lötfähige Verbindung LV und die Elektrodenstrukturen beinhalten.
Figur 5 illustriert charakteristische Abstände, die die
Schaltspannung der Funkenstrecke beeinflussen. Der Abstand dl zwischen Kathode K und Anode A liegt vorzugsweise zwischen 1 mm und 3 mm und kann beispielsweise 2 mm betragen. Der Ab¬ stand d2 zwischen der Triggerelektrode TE und der Anode A kann etwa 0,5 mm betragen. Der Abstand zwischen Kathode und der Triggerelektrode d3 ist vorzugsweise kleiner als der Ab¬ stand zwischen Kathode und Anode.
Die triggerbare Funkenstrecke ist dabei nicht auf die gezeig- ten technischen Details und Ausführungsformen beschränkt. Funkenstrecken mit zusätzlichen Anschlüssen, z. B. Masseanschlüssen und dergleichen, werden ebenfalls umfasst.
Bezugs zeichenliste
A Anode
AI halbkreisförmiger erster Abschnitt der Anode A2 zweiter Abschnitt der Anode
AA Anodenanschluss
ALA1, ALA2 längliche Abschnitte, die Teilbereiche des zweiten Abschnitts der Anode mit dem ersten Abschnitt der Anode verbinden
BP Bodenplatte
dl Abstand zwischen Kathode und Anode
d2 Abstand zwischen Triggerelektrode und Anode d3 Abstand zwischen Kathode und Triggerelektrode
ES Einfüllstutzen/Pumpstutzen
H Hohlraum
KP Kappe
K Kathode
Kl erste Kante der Kathode
K2 zweite Kante der Kathode
KA Kathodenanschluss
KB Kathodenbogen
LV Lotverbindung
TA Triggeranschluss
TB1, TB2 erster, zweiter Teilbereich des zweiten Ab- Schnitts der Anode
TE Triggerelektrode
TE1 erster, runder Abschnitt der Triggerelektrode
TE2 zweiter, länglicher Abschnitt der Triggerelektrode
TER Rundung der Triggerelektrode, die den länglichen Abschnitt abschließt
TFS triggerbare Funkenstrecke

Claims

Patentansprüche
1. Triggerbare Funkenstrecke (TFS) , umfassend
- eine Bodenplatte (BP) ,
- eine Kappe (KP) ,
- eine Kathode (K) , eine Anode (A) und eine Triggerelektrode (TE) ,
wobei
- die Bodenplatte (BP) und die Kappe (KP) einen Hohlraum (H) umschließen und
- die Kathode (K) , die Anode (A) und die Triggerelektrode (TE) im Hohlraum (H) auf der Bodenplatte (BP) angeordnet und als leitfähige Beschichtung ausgeführt sind.
2. Funkenstrecke nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Bodenplatte (BP) und/oder die Kappe (KP) aus Materialien bestehen, die ausgewählt sind aus: einer Keramik, einer ein Aluminiumoxid umfassenden Keramik, einer AI2O3 umfassenden Keramik, AI2O3.
3. Funkenstrecke nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die leitfähige Beschichtung eine erste Lage hat, die Mo, Mn, eine MoMn-Legierung und/oder Ni umfasst.
4. Funkenstrecke nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die leitfähige Beschichtung eine zweite Lage hat, die Ni umfasst .
5. Funkenstrecke nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei die leitfähige Beschichtung eine erste Lage mit einer Dicke zwischen 5 μιη und 25 μιη und eine zweite Lage mit einer Dicke zwischen 3 μιη und 8 μιη umfasst.
6. Funkenstrecke nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend einen Pumpstutzen oder Einfüllstutzen (ES) , der durch eine Quetschung verschlossen ist.
7. Funkenstrecken nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Hohlraum (H) entweder leer oder mit einem Gas gefüllt ist, das N2, H2 und/oder ein Edelgas umfasst.
8. Funkenstrecke nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kathode (K) zwei parallele, geradlinige Kanten (Kl, K2) umfasst, die auf beiden Seiten durch Bögen (KB) verbunden sind .
9. Funkenstrecke nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Triggerelektrode (TE)
- einen ersten, runden Abschnitt (TE1) und
- einen zweiten, länglichen Abschnitt (TE2) umfasst und
- der längliche Abschnitt durch eine Rundung (TER) auf dem dem runden Abschnitt (TE1) gegenüberliegenden Ende
abgeschlossen ist.
10. Funkenstrecke nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anode (A)
- einen halbkreisförmigen ersten Abschnitt (AI) und
- einen zweiten Abschnitt (A2) mit zwei Teilbereichen umfasst und
- jeder der beiden Teilbereiche des zweiten Abschnitts (A2) jeweils mit einem länglichen Abschnitt (ALA1 , ALA2) mit dem ersten Abschnitt (AI) verbunden ist.
11. Funkenstrecke nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei - der längliche Abschnitt (TE2) der Triggerelektrode (TE) zwischen den beiden Teilbereichen des zweiten Abschnitts (A2) der Anode (A) angeordnet ist und
- die Anode (A) den halbkreisförmigen ersten Abschnitt (TE1) der Triggerelektrode (TE) umschließt.
12. Funkenstrecke nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- der Abstand zwischen Kathode (K) und Anode (A) zwischen 1 mm und 3 mm beträgt,
- der Abstand zwischen Anode (A) und Triggerelektrode (TE) 0,5 mm beträgt und
- der Abstand zwischen Kathode (K) und Triggerelektrode (TE) kleiner als der Abstand zwischen Kathode (K) und Anode (A) ist .
13. Funkenstrecke nach einem der vorherigen Ansprüche, die dazu vorgesehen und geeignet ist, bei einem Schaltvorgang eine elektrische Energie zwischen 2 J und 20 J zu übertragen.
14. Funkenstrecke nach einem der vorherigen Ansprüche mit einem im Wesentlichen Quaderförmigen Körper mit einer Länge zwischen 50 und 70 mm, einer Breite zwischen 25 und 35 mm und einer Höhe zwischen 15 mm und 25 mm.
15. Funkenstrecke nach einem der vorherigen Ansprüche mit einer Höhe von 20 mm oder weniger.
16. Verwendung einer triggerbaren Funkenstrecke (TFS) nach einem der vorherigen Ansprüche zum Entladen der elektrischen Energie eines geladenen Kondensators in einen elektrischen Schwingkreis .
17. Verwendung nach dem vorherigen Anspruch in einer tragbaren elektrischen Vorrichtung.
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