FUNKENSTRECKE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Funkenstrecke, insbesondere zum Schutz von Versorgungsleitungen oder Wechselstromnetzen gegen Blitzbeeinflussung.

[0002] Funkenstrecken als Schutzelemente gegen Überspannungen sind an sich bekannt. So beschreibt die WO 2004/017479 A1 ein Hybrid-Überspannungsschutzelement, bei dem ein Varistor und ein Überspannungsableiter parallel geschaltet sind. Auch in JP 04065087, JP 61281489, JP 03121694U, DE 4318994 sind Überspannungsschutzelemente beschrieben. EP-A-0251010 offenbart eine Funkenstrecken gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0003] Insbesondere in Einrichtungen des Netzschutzes besteht ein Bedürfnis, die Eigenschaften derartiger Elemente insbesondere mit Blick auf die Stromtragfähigkeit und das Löschverhalten zu verbessern. Grundsätzlich geeignet für den Einsatz bei hohen Strömen und Spannungen sind Luftfunkenstrecken mit Triggereinrichtung, die jedoch aufwändig, teuer und voluminös sind.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Funkenstrecke, insbesondere in kompakter Bauform, mit stabilen Anschlusselektroden mit guten Führungseigenschaften anzugeben, die für hohe Strombelastungen geeignet ist.

[0005] Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Ausgestaltungen der Erfindung sind in abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

[0006] In einer ersten Ausbildung der Erfindung wird eine Funkenstrecke mit einem Hohlraum vorgeschlagen, der von zwei Anschlusselektroden und einem dazwischen angeordneten elektrischen Isolator umfasst ist. Die Funkenstrecke weist eine in eine Rohrelektrode ragende Stiftelektrode und hohlraumseitige Einbuchtungen bzw. Ausbuchtungen der Anschlusselektroden auf sowie eine Führung der Anschlusselektroden mittels Sicken an der Innenwand des Isolators.

[0007] Diese Ausgestaltung hat einen äußerst kompakten Aufbau der Funkenstrecke bei gleichzeitig hervorragenden Gesamteigenschaften. Die Anschlusselektroden schließen den Isolator endseitig ab und formen zusammen mit letzterem den Hohlraum. Von dem jeweiligen randseitigen Übergangsbereich der Anschlusselektroden mit dem Isolator erstrecken sich Ausbuchtungen der Anschlusselektroden in den Hohlraum hinein.

[0008] Bei der Herstellung dieser sehr kompakten Funkenstrecke ist es dadurch möglich, die die Funkenentladung tragenden Elektroden sowohl hinsichtlich der verwendeten Materialien als auch hinsichtlich ihrer Verbindung mit den Anschlusselektroden sehr exakt an diese und deren Ausbuchtungen anzupassen. Darüber hinaus ist es möglich, als externe Anschlüsse der Funkenstrecke vorgesehene Anschlussbolzen innerhalb der Ausbuchtungen mit den Anschlusselektroden zu verbinden, um einen noch kompakteren Aufbau und eine weiter optimierte Materialanpassung zu erhalten.

[0009] Die Sicken in den Ausbuchtungen erlauben darüber hinaus eine präzise und sichere Führung der Anschlusselektroden an der Innenwand des Isolators. Die Anschlusselektroden und der Isolator lassen sich deshalb selbst in einer miniaturisierten Funkenstrecke bei der Montage sehr exakt zueinander justieren. Es wird sogar möglich, die Anschlusselektroden selbstjustiert zueinander mit dem Isolator zu verbinden.

[0010] In einer Ausgestaltung ist eine Funkenstrecke mit einem Hohlraum vorgesehen, der von zwei Anschlusselektroden und einem dazwischen angeordneten elektrischen Isolator umfasst ist. Die Funkenstrecke weist eine in eine Rohrelektrode ragende Stiftelektrode sowie Versteifungselektroden auf, die jeweils mit einer der Anschlusselektroden verbundenen sind.

[0011] Diese Ausgestaltung hat einen äußerst kompakten Aufbau der Funkenstrecke bei gleichzeitig hervorragenden Gesamteigenschaften. So sind beispielsweise die Anschlusselektroden dünn und aus einem hochleitfähigen Material hergestellt. Bevorzugt haben die Anschlusselektroden eine geringe Wärmekapazität. Die Materialkombination aus Stift- bzw. Rohrelektrode, Anschlusselektrode, Versteifungselektrode und evtl. extern daran angeschlossenem Anschlussbolzen ermöglicht die Optimierung der Funkenstrecke hinsichtlich ihrer Kompaktheit sowie elektrischer, thermischer und mechanischer Eigenschaften.

[0012] Die Formen der Anschlusselektroden und der Versteifungselektroden sind vorzugsweise aneinander angepasst. Dadurch ist sowohl eine stabile Außenelektrode als auch eine gute Wärmeabfuhr im Entladungsfall möglich.

[0013] Selbst wenn die Funkenstrecke durch die Anschlusselektroden allein nicht die nötige Stabilität besitzen sollte, gewährleisten die Versteifungselektroden die Stabilität und Integrität der Funkenstrecke, insbesondere, wenn die Versteifungselektroden aus einem härteren Material als die Anschlusselektroden sind.

[0014] Die einzeln und in ihrer Gesamtheit optimierten Elemente der beanspruchten Ausbildungen der Funkenstrecke wirken sich einerseits in einer kompakten Bauform und andererseits insbesondere auf verbesserte thermische und elektrische Eigenschaften aus. Damit werden die Stromtragfähigkeit sowie die dynamischen Zündbedingungen der Funkenstrecke verbessert.

[0015] Die Stiftelektrode als erste Elektrode und die Rohrelektrode als zweite Elektrode sind im Hohlraum des Isolators angeordnet. Die erste und zweite Elektrode ragen ineinander und sind räumlich voneinander getrennt. Die zweite Elektrode liegt zwischen dem Isolator und der ersten Elektrode und ist von beiden räumlich getrennt. Hierdurch ergibt sich eine in einfacher Weise realisierte verschachtelte Anordnung.

[0016] Als Stiftelektrode wird.jede Elektrodenform angesehen, die nach ihrer äußeren Erscheinung stift- oder stabförmiges Aussehen hat. Darunter fallen auch Rohre mit wenigstens einem stirnseitigen Flansch. Ebenso weist eine Rohrelektrode eine geschlossene oder auch teilweise unterbrochene-Rohrform auf. Im folgenden werden die Begriffe erste Elektrode und Stiftelektrode sowie zweite Elektrode und Rohrelektrode synonym verwendet.

[0017] Durch die verschachtelte Anordnung greift die Stiftelektrode in die Rohrelektrode vorzugsweise derart ein, dass die Innenwand des die Elektroden umgebenden Isolators, der vorzugsweise rohrförmig ist, durch die Rohrelektrode teilweise von der Stiftelektrode abgeschattet wird.

[0018] Eine Abschattung des Isolators von der stiftförmigen Elektrode mittels der rohrförmigen Elektrode erlaubt beim Zünden der Funkenstrecke vorteilhafterweise die Einhaltung der strukturellen Integrität des Isolators und gegebenenfalls darauf aufgebrachter Zündhilfen, z.B. Graphitstrichen, sowie die Stabilität der Isoliereigenschaft des Isolators.

[0019] Der Innenraum der Funkenstrecke ist vorzugsweise mit Gas, insbesondere.einem Edelgas enthaltenden Gasgemisch gefüllt. Dies unterstützt einerseits das Löschverhalten der Funkenstrecke positiv und sorgt andererseits für vergleichmäßigte dynamische Zündbedingungen beim wiederholten Zünden der Funkenstrecke.

[0020] Gemäß einer anderen Ausführungsform der Funkenstrecke sind im Entladungsraum die Enden einer oder beider Elektroden angefast. Dabei wird bevorzugt, dass die Enden gerundete bzw. geglättete Außenflächen aufweisen, so dass lokale elektrische Feldüberhöhungen vermieden werden.

[0021] Auch ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine der Elektroden eine Aktivierungsmasse aufweist. Mit der Aktivierungsmasse kann eine höhere Wechselstromtragfähigkeit der Funkenstrecke gewährleistet werden. Das ist insbesondere dann möglich, wenn die Aktivierungsmasse auf dem freien Ende der Stiftelektrode und/oder auf dem Boden der Rohrelektrode angeordnet ist.

[0022] Die an jeder Stirnseite des Isolators vorzugsweise montierte je eine Anschlusselektrode ermöglicht einen elektrischen Anschluss der Funkenstrecke nach außen. Hierbei wird jeweils eine Anschlusselektrode mit der Stift- bzw. Rohrelektrode verbunden. Die Kontaktierung der Elektroden wird so ausgeführt, dass jede Elektrode einerseits exakt positioniert ist und andererseits die auftretenden Ströme sicher abgeleitet werden können.

[0023] Zur Bildung des vorzugsweise hermetisch, d.h. gasdicht nach außen abgedichteten Innenraums der Funkenstrecke können die Anschlusselektroden die Stirnseiten des Isolators vollständig abdecken.

[0024] Besonders vorteilhaft lassen sich die beiden Ausbildungen der Erfindung kombinieren.

[0025] Die einzeln und in ihrer Gesamtheit optimierten Elemente der beanspruchten Ausbildungen der Funkenstrecke wirken sich einerseits in einer kompakten Bauform und andrerseits insbesondere auf verbesserte thermische und elektrische Eigenschaften aus. Damit werden die Stromtragfähigkeit sowie die dynamischen Zündbedingungen der Funkenstrecke verbessert.

[0026] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbei.spiele und den Figuren der Zeichnungen näher erläutert.

[0027] Dabei zeigen:

Figur 1

einen Schnitt durch eine erste erfindungsgemäße Funkenstrecke,

Figur 2

einen Schnitt durch eine Funkenstrecke, gemäß Stand der Tecknik mit zwei versteifungselektroden.

Figur 3

einen Schnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Funkenstrecke,

Figur 4

einen Schnitt durch eine dritte erfindungsgemäße Funkenstrecke und

Figur 5

eine dreidimensionale Ansicht einer Funkenstrecke gemäß Figur 1 mit stirnseitigen Anschlussbolzen.

[0028] Figur 1 zeigt eine Funkenstrecke, insbesondere als Hochstromfunkenstrecke, die einen rohrförmigen Isolator 2, insbesondere aus Keramik enthält. Stirnseitig weist die Funkenstrecke Anschlusselektroden 7a und 7b auf. Die Anschlusselektroden haben hohlraumseitige Ausbuchtungen, die wie im Ausführungsbeispiel der Figur 1 napfförmig ausgebildet sind. Sie dienen allein oder, wie in Figur 1 gezeigt, in Verbindung mit Versteifungselektroden 12a, 12b unter anderem zum elektrischen Anschluss an das zu schützende Netzwerk.

[0029] In dem Innenraum des durch den Isolator und die Anschlusselektroden gebildeten Gehäuses der Funkenstrecke befindet sich ein mit Gas, vorzugsweise einem Gasgemisch mit Edelgas, gefüllter nach außen abgedichteter Hohlraum 3. In dem Hohlraum sind eine erste Elektrode 4 und eine zweite Elektrode 5 angeordnet, die jeweils an einer der Anschlusselektroden 7a bzw. 7b befestigt und mit dieser elektrisch leitend verbunden sind. Die erste Elektrode 4, gezeigt als Teilschnitt, ist vorzugsweise stiftförmig und die zweite Elektrode 5 ist vorzugsweise rohrförmig. Die Funkenstrecke hat vorzugsweise eine Höhe und einen Durchmesser jeweils von zwischen 25 mm bis 35 mm, insbesondere von 30 mm.

[0030] Die Anordnung der Stift- und Rohrelektroden ist so gewählt, dass die Stiftelektrode 4 mit ihrem freien Ende teilweise in die Rohrelektrode 5 hineinragt bzw. eingeführt ist. Dadurch übergreift die Rohrelektrode 5 die Stiftelektrode 4 teilweise und schattet die Stiftelektrode in diesem Bereich von der Innenwand des Isolators ab. Diese Anordnung bildet eine verschachtelte Geometrie.

[0031] Die Stiftelektrode und die Rohrelektrode werden in ihrem verschachtelten Bereich bevorzugt konzentrisch so positioniert, dass ein Abstand bzw. ein Raum 8 zwischen der Mantelfläche der Stiftelektrode und der Innenfläche der Rohrelektrode besteht. Der Raum 8 dient als primärer elektrischer Entladungsraum, wobei sekundäre Entladungen auch in weiteren Räumen zwischen der ersten und zweiten Elektrode 4 und 5-stattfinden können.

[0032] Die Stift- und die Rohrelektrode weisen jeweils im Hohlraum liegende freie Enden auf. Das jeweils andere Ende der Stift- bzw. Rohrelektrode ist mit einer Anschlusselektrode 7a bzw. 7b fest verbunden, insbesondere mittels einer übereutektischen Hartlötung.

[0033] Die Kanten 4a und 5a vorzugsweise aller Enden der Elektroden sind angefast bzw. abgerundet, womit Überhöhungen der elektrischen Felder an diesen Rändern vermieden werden. Dadurch wird eine gleichmäßigere Stromentladung im Hohlraum 3, insbesondere im Entladungsraum 8, erreicht. Somit werden lokal hoch konzentrierte elektromagnetische Felder und damit auch die Bildung von begleitenden Temperaturspitzen vermieden. Insbesondere wird die Strombelastung für die Stift- und die Rohrelektrode reduziert. Nicht angefaste Elektroden können dagegen unzulässig hohe Stromdichten an den Kanten der Elektroden bewirken, was bis zum unerwünschten Aufschmelzen der Elektroden führen kann.

[0034] Die bevorzugten Materialien der Stiftelektrode und der Rohrelektrode sind Kupfer, Eisen oder eine Wolfram-Kupfer-Mischung oder zumindest Anteile dieser Materialien. Die Elektroden können auch relativ zueinander verschiedene Materialien enthalten, wie zum Beispiel eine Stiftelektrode aus Wolfram-Kupfer und eine Rohrelektrode aus Kupfer. Dabei weist das teure Wolfram-Kupfer den geringsten Abbrand bei Stoßstrombelastungen auf, so dass dieses Material auch für beide Elektroden bevorzugt wird. Elektroden aus Eisen oder Kupfer zeigen einen höheren Abbrand, sind aber preiswerter und daher auch vorteilhaft.

[0035] Je nach Anforderungen erlaubt es die verschachtelte Konstruktion der ersten und der zweiten Elektrode 4 und 5, dass im Entladungsbereich Materialien verwendet werden dürfen, die für eine zuverlässige Keramik-Metallverbindung an sich ungeeignet sind, wie beispielsweise Eisen oder Wolfram-Kupfer.

[0036] Eine geeignete Keramik für den Isolator 2 ist Aluminiumoxid (Al₂O₃). Der Isolator wird mit einer Wandstärke von 4 mm bis 6 mm, vorzugsweise aber mit einer Wandstärke von 5 mm dimensioniert, um die enorme Druckwelle während einer Stoßstromentladung im Innenraum der Funkenstrecke sicher zu beherrschen, ohne dass der Isolator aufplatzt oder Risse bildet.

[0037] Auf der Innenwand 2a des Isolators sind Zündhilfen 9, z.B. ein oder mehrere Graphit enthaltende Zündstriche aufgetragen, die vor allem das gute dynamische Zündverhalten sicherstellen (z.B. Durchzünden bei <1500 V mit einer Anstiegszeit von 5 kV/µsec). Weiterhin werden so stabile Kennwerte, wie beispielsweise Zündspannung und Isolationswiderstand, sichergestellt. Durch die Abschattungswirkung der Rohrelektrode werden die Zündstriche wirksam vor Abbrand geschützt.

[0038] Eine optimale Keramik-Metallverbindung zwischen dem Isolator 2 und der Anschlusselektrode 7a bzw. 7b ist gegeben, wenn die thermischen Ausdehnungskoeffizienten beider Materialien gleich oder ähnlich sind. Bei einem Isolator aus Aluminiumoxid wird die Keramik-Metallverbindung vorzugsweise durch eine FeNi-Legierung oder Kupfer hergestellt. Bei einer zusammengesetzten Elektrode gemäß Ausführungsbeispiel sind die Stift- und die Rohrelektrode aus stromfesten Materialien und fest mit der Anschlusselektrode verbunden, z.B. geschweißt oder hart gelötet. Deshalb enthält die Anschlusselektrode ein Material, das sich sowohl gut mit dem Material der Stift- und Rohrelektrode als auch mit dem des Isolators verbinden lässt. Zusammengesetzte Elektroden aus jeweils erster bzw. zweiter Elektrode, Anschlusselektrode und, wie im Ausführungsbeispiel der Figur 1, Versteifungselektrode mit ihren jeweils optimierten Materialien und Ausformungen tragen wesentlich zu einer mechanischen und elektrischen Optimierung der Funkenstrecke bei.

[0039] Bevorzugt sind die Stiftelektrode und/oder die Rohrelektrode mit einer Aktivierungsmasse versehen, um eine hohe . Wechselstrombelastung sicher zu beherrschen. Dabei ist gemäß Figur 1 eine Aktivierungsmasse auf dem freien Ende der Stiftelektrode angeordnet. Auch ist es möglich, eine Aktivierungsmasse zwischen den Wänden der Rohrelektrode 5 auf die Innenseite der mit der Rohrelektrode verbundenen Anschlusselektrode 7b, also dem Boden der Rohrelektrode, aufzutragen. Die Aktivierungsmasse ist bevorzugt eine Silikatbeschichtung, die in Vertiefungen an dem freien Ende 4a der innen liegenden Stiftelektrode, z.B. in Form eines Waffelmusters, aufgebracht ist.

[0040] Die Anschlusselektroden 7a und 7b werden besonders bevorzugt aus Kupfer hergestellt. Sie weisen am Umfang mehrere, vorzugsweise sechs Sicken 11 auf. Diese führen die Anschlusselektroden innerhalb des Keramikrohrs 2 präzise und sicher, ohne dass die Anschlusselektroden vollständig an der gesamten Keramikinnenwand anliegen müssen. Jede Anschlusselektrode wird entweder mit der Stift- oder der Rohrelektrode mechanisch und elektrisch, z.B. mittels einer übereutektischen Hartlötung verbunden.

[0041] Die Anschlusselektroden sind aus Kupfer und können grundsätzlich so dick sein, dass sie den entstehenden Druck - und Thermobelastungen entsprechen. Vergleichsweise dünne Anschlusselektroden sind möglich, indem gemäß Figur 1 zusätzliche Versteifungselektroden 12a und 12b vorgesehen werden, die insbesondere eine Eisen-Nickel-Legierung enthalten. Die zusätzlichen Versteifungselektroden 12a, 12b sind mit den zugeordneten Anschlusselektroden 7a, 7b quasi in Sandwich-Bauweise hart verlötet und bilden zusammengesetzte Elektroden. Die Versteifungselektroden können beispielsweise ca. 1 mm dick sein.

[0042] Die Versteifungselektroden weisen vorzugsweise eine den Anschlusselektroden gegenüber komplementäre Form auf, so dass sie ebenfalls Einbuchtungen aufweisen und an die Form der Anschlusselektroden angepasst sind. Die Versteifung ist bei dünnen Anschlusselektroden vorgesehen, um ein Aufplatzen der Funkenstrecke oder ein Ausdrücken der Anschlusselektroden während einer Stoßstromentladung zu verhindern.

[0043] Für geringe Stoßstromanforderungen von weniger als 50 kA können die Versteifungselektroden 12a, 12b jedoch entfallen, wenn die Anschlusselektroden entsprechend verstärkt werden, z.B. auf 1 mm, siehe auch Figur 4. Dabei ist vorzugsweise als Elektrodenmaterial Kupfer oder eine vor der Montage verkupferte FeNi-Legierung zu wählen. Bei der Ausführung muss die Zuverlässigkeit der gasdichten Keramik-Metall-Verbindung erhalten bleiben.

[0044] Der Innenraum 3 der Funkenstrecke wird mit einer Gasmischung gefüllt, die vorzugsweise einen Argon-Anteil von ca. 35 bis 95 %, einen Wasserstoffanteil von 5 bis 20% und einen Neon-Anteil von bis zu 40% enthält. Hiermit wird eine dynamische Zündspannung und ein sicheres Löschverhalten erreicht. Mit dieser Gasmischung lässt sich beim einem Abstand von 2 mm zwischen der Stift- und der Rohrelektrode bzw. der Breite des Entladungsraums 8 eine statische Zündspannung von ca. 600 V sicher einstellen.

[0045] Eine Entladung durch die Funkenstrecke läuft typischerweise folgendermaßen ab. Der Strom fließt von der Versteifungselektrode 12a und der Anschlusselektrode 7a zur Stiftelektrode 4, über die Funkenentladung des Entladungsraums 8 zur Rohrelektrode 5 und zur Anschlusselektrode 7b. Er verlässt die Funkenstrecke bei der Versteifungselektrode 12b, um dort beispielsweise mittels einer externen Leitung weiter abgeleitet zu werden. Im Entladungsraum 8 erfolgt die Stoßstromentladung vor allem in radialer Weise, wobei der Isolator 2 größtenteils mittels der Rohrelektrode von der Stiftelektrode abgeschirmt wird.

[0046] Ein Stromfluss in umgekehrter Richtung ist auch möglich, wobei Strom über die Elektroden 12b, 7b in die Rohrelektrode 5 fließt, von dort über den Entladungsraum 8 zur Stiftelektrode 4 und schließlich zu den Elektroden 7a und 12a.

[0047] Figur 2 zeigt ein Ausführungsform einer Funkenstrecke gemäß Stand der Tecknik. In den Holraum 23, der durch den Isolator 22 und die Anschlusselektroden 27a, 27b gebildet ist, erstrecken sich eine Stiftelektrode 24 und eine Rohrelektrode 25, die ineinander ragen bzw. geschachtelt sind und den Hauptentladungsraum 28 definieren. Auf dem freien Ende der Stiftelektrode 24 ist eine Aktivierungsmasse 26 angebracht, beispielsweise in einer waffelartigen Oberflächenstruktur. Die Innenwand des Isolators trägt aufgebrachte Zündstriche 29. Sandwichartig sind mit den Anschlusselektroden 27a bzw. 27b Versteifungselektroden 27c bzw. 27d fest verbunden, z.B. durch eine Lötung. Hinsichtlich der Auswahl der Materialien und der Auswahl der Gase wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zu Figur 1 verwiesen. Die Ausführungsform führt zu einer äußerst kompakten Bauform mit hervorragenden elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften.

[0048] Die Ausführung gemäß Figur 2 unterscheidet sich von dem Aufbau gemäß Figur 1 einerseits durch eine noch geringere Bauhöhe. Andererseits sind die Anschluss- und Versteifungselektroden plan und weisen keine hohlraumseitigen Ausbuchtungen auf. Insgesamt ist der Aufbau mit einer Bauhöhe von 10 mm äußerst kompakt, wobei der Durchmesser von beispielsweise 30 mm dem der Figur 1 entspricht. Diese Bauweise ist geeignet, um mehrere, insbesondere 3 oder 4 Funkenstrecken elektrisch.in Reihe zu schalten. An einem Netz von 230 V ohne strombegrenzende Bauelemente, wie z.B. Widerstände oder Varistoren, kann so bei einem Blitzeinschlag der Netzfolgestrom direkt gelöscht werden. Eine abgesenkte Zündspannung von etwa 200 V wird mit einer Gasmischung von Neon-Argon-Wasserstoff (Ne/Ar/H₂) in einem Verhältnis von 89/11/10 und einem Elektrodenabstand 8 von 1 mm sichergestellt.

[0049] Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Funkenstrecke 30. In den Holraum 33, der durch den Isolator 32 und die Anschlusselektroden 37a, 37b gebildet ist, erstrecken sich eine Stiftelektrode 34 und eine Rohrelektrode 35, die ineinander ragen bzw. ineinander geschachtelt sind und den Hauptentladungsraum 38 definieren. Der Auf dem freien Ende der Stiftelektrode 34 ist eine Aktivierungsmasse 36 angebracht, beispielsweise in einer waffelartigen Oberflächenstruktur. Die Innenwand des Isolators trägt aufgebrachte Zündstriche 39, die durch die Rohrelektrode 35 weitgehend von der Stiftelektrode 34 abgeschattet sind.

[0050] Die Anschlusselektroden 37a, 37b an den Stirnseiten des zylindrischen Isolators 32 haben am Außenrand des Hohlraums 33 ringförmige Ausbuchtungen 31, wobei eine Reihe von Sicken in den Ausbuchtungen der Anschlusselektroden die Führung übernimmt. Die Rohrelektrode 35 ist mit der Ausbuchtung der Anschlusselektrode 37b verschweißt oder verlötet, während die Stiftelektrode 34 im Zentralbereich der Anschlusselektrode 37a mit dieser verschweißt oder verlötet ist.

[0051] Sandwichartig sind mit den Anschlusselektroden 37a bzw. 37b Versteifungselektroden 40a bzw. 40b fest verbunden, z.B. verschweißt oder verlötet. Evtl. vorgesehene Anschlussbolzen sind bevorzugt in den Ausbuchtungen der Versteifungselektroden 40a, 40b angeordnet. Hinsichtlich der Materialien und der Auswahl der Gase wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zu Figur 1 verwiesen.

[0052] Das Ausführungsbeispiel erreicht eine sehr kompakte Bauform der Funkenstrecke mit optimierten Eigenschaften. So lassen sich die Elektrodenmaterialien auf spezielle Anforderungen abstimmen und die kompletten Elektroden vorfertigen. Durch die Sicken ist eine selbstjustierte bzw. einfach zu justierende Montage möglich. Weitere Vorteile ergeben sich in gleicher Weise wie bei den entsprechenden Merkmalen der anderen Figuren.

[0053] Figur 4 zeigt eine dritte Lösungsform der gestellten Aufgabe. Die Funkenstrecke 50 hat einen Holraum 43, der durch den Isolator 42 und die Anschlusselektroden 47a, 47b gebildet ist. In den Hohlraum 43 erstrecken sich eine Stiftelektrode 44 und eine Rohrelektrode 45, die ineinander ragen bzw. geschachtelt sind und den Entladungsraum 48 definieren. Auf dem freien Ende der Stiftelektrode 44 ist eine Aktivierungsmasse 46 angebracht, beispielsweise in einer waffelartigen Oberflächenstruktur. Auf dem Boden der Rohrelektrode 45 ist eine Aktivierungsmasse 19 angebracht. Die Innenwand des Isolators trägt aufgebrachte Zündstriche 29.

[0054] Die Anschlusselektroden 47a bzw. 47b haben ringförmige Ausbuchtungen 41. Die Ausbuchtungen sind so gestaltet, dass eine Reihe von Sicken in den Ausbuchtungen der Anschlusselektroden die Führung übernimmt. Die Rohrelektrode 45 ist mit der Ausbuchtung der Anschlusselektrode 47b verschweißt oder verlötet, während die Stiftelektrode 44 im Zentralbereich der Anschlusselektrode 47a mit dieser verschweißt oder verlötet ist.

[0055] Hinsichtlich der Auswahl der Elektrodenmaterialien und der Auswahl der Gase wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zu Figur 1 verwiesen. Im Unterschied dazu ist die Materialstärke der Anschlusselektroden größer und so gewählt, dass die bei einer Entladung auftretenden Drücke und Temperaturen sicher beherrscht werden. Die Ausführungsform führt zu einer äußerst kompakten Bauform mit hervorragenden elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften. Die Funktionalität der Funkenstrecke entspricht derjenigen der in Figur 2 dargestellten Funkenstrecke. Die Ausbildungen der Erfindung gemäß Figuren 1, 3 und 4 bilden die wesentlichen Lösungen der Erfindung.

[0056] Die Funkenstrecke gemäß Figur 5 ist in dreidimensionaler Ansicht dargestellt. Sie entspricht hinsichtlich ihrer Konstruktion einer Funkenstrecke gemäß Figur 1 und weist zusätzliche Anschlussbolzen 13a, 13b auf. Diese können entweder direkt mit den Anschlusselektroden 7a, 7b oder mit den Versteifungselektroden 12a, 12b, vorzugsweise in deren jeweiligen Einbuchtungen, verbunden sein. Die Verbindung kann durch Löten oder Schweißen ausgeführt sein.

[0057] Die beschriebenen Funkenstrecken werden vorzugsweise zum Ableiten direkter Blitzströme eingesetzt. Sie können auch als Vorrichtung bzw. Trennfunkenstrecke zum Korrosionsschutz von Gas-, Wasser- und Ölleitungen eingesetzt werden. Außerdem können sie als Ableiter für den Netzschutz in Hausinstallationen angewendet werden.

[0058] Die erfindungsgemäßen Funkenstrecken haben eine sehr.kompakte Bauform von z.B. 30 mm Durchmesser und 30 mm Höhe oder weniger. Sie weisen Wechselstromtragfähigkeiten von beispielsweise 300 Ampere bei einer Zeitdauer von 0,2 Sekunden auf und können Blitzströme von bis zu 200 Kiloampère ableiten. Sie sind für die Belastung mit Stoßstromwellen des normierten Verlaufs von 8/20 (Anstiegszeit 8 µsec und Rückenhalbwertszeit 20 µsec) und 10/350 geeignet. Auch sprechen sie schnell an, wie z.B. bei einer Spannung von weniger als 1500 Volt mit einer Steilheit von ca. 5 kV/µsec vor und nach Strombelastungen. Die statische Zündspannung liegt beispielsweise zwischen 600 und 900 Volt. Die Funkenstrecken weisen an einer Wechselspannung von 255 Volt ein gutes Löschverhalten auf, wobei Netzfolgeströme in Bereich von ca. 100 Ampère nach der ersten Halbwelle sicher gelöscht werden können.

Bezugszeichenliste

[0059] 

1, 21, 30, 50

Funkenstrecke

2, 22, 32, 42

Isolator

3, 23, 33, 43

Hohlraum

4, 24, 34, 44

Stiftelektrode / erste Elektrode

4a, 44a

angefastes Ende der Stiftelektrode

5, 25, 35, 45

Rohrelektrode /zweite Elektrode

5a

angefastes Ende der Rohrelektrode

6, 19, 26, 36, 46

Aktivierungsmasse

7a, 27a, 37a, 47a

erste Anschlusselektrode

7b, 27b, 37b, 47b

zweite Anschlusselektrode

8, 28, 3-8, 48

Entladungsraum

9, 2, 39, 49

Zündstriche

10

Einbuchtung einer Versteifungselektrode

11

Sicke einer Anschlusselektrode

12a, 27c, 40a

erste Versteifungselektrode

12b, 27d, 40b

zweite Versteifungselektrode

13a, 13b

Anschlussbolzen

14

Gas

Ansprüche

1. Funkenstrecke (1; 30; 50) mit einem Hohlraum (3; 33; 43), der von zwei Anschlusselektroden (7a, 7b; 37a, 37b; 47a, 47b) und einem dazwischen angeordneten elektrischen Isolator (2; 32; 42) umfasst ist, mit einer in eine Rohrelektrode (5; 35; 45) ragenden Stiftelektrode (4; 34; 44), und mit Einbuchtungen (10; 31; 41) der Anschlusselektroden auf Seite des Hohlraums (3; 33; 43) und mit einer Führung der Anschlusselektroden (7a, 7b; 37a, 37b; 47a, 47b) an der Innenwand des Isolators (2; 32; 42), dadurch gekennzeichnet, dass die Führung mittels Sicken (11) in den Einbuchtungen (10; 31; 41) erfolgt.

2. Funkenstrecke nach Anspruch 1, bei der auf den Anschlusselektroden (7a, 7b; 37a, 37b; 47a, 47b) Anschlussbolzen (13a, 13b) montiert sind.

3. Funkenstrecke (1; 30) nach Anspruch 1 oder 2 mit zwei Versteifungselektroden (12a, 12b; 40a, 40b), von denen jeweils eine mit einer der zwei Anschlusselektroden (7a, 7b; 37a, 37b) verbunden ist.

4. Funkenstrecke (1; 30) nach Anspruch 3, wobei die Anschlusselektroden (7a, 7b; 37a, 37b) und die Versteifungselektroden (12a, 12b; 40a, 40b) Einbuchtungen (10, 31, 41) haben.

5. Funkenstrecke (1; 30; 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Isolator (2; 32; 42) zylindrisch ist und an jeder Stirnseite des Isolators (2; 32; 42) eine Anschlusselektrode (7a, 7b; 37a, 37b; 47a, 47b) angeordnet ist.

6. Funkenstrecke (1; 30; 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Stiftelektrode (4; 34; 44) mit einer ersten Anschlusselektrode (7a; 34; 44) und die Rohrelektrode (5; 35; 45) mit einer zweiten Anschlusselektrode (7b; 37b; 47b) verbunden ist.

7. Funkenstrecke (1; 30; 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Innenfläche (2a) des Isolators (2; 32; 42) Zündhilfen (9; 39; 49) aufweist.

8. Funkenstrecke (1; 30; 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Hohlraum (3; 33; 43) hermetisch nach außen abgedichtet ist.

9. Funkenstrecke (1; 30; 50) nach Anspruch 8, bei der die Anschlusselektroden (7a, 7b; 37a, 37b; 47a, 47b) den Isolator (2; 32; 42) gasdicht abschließen.

10. Funkenstrecke (1; 30; 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Hohlraum (3; 33; 43) mit Gas (14) gefüllt ist.

11. Funkenstrecke (1; 30; 50) nach Anspruch 10, bei der das Gas (14) zumindest eines der folgenden Bestandteile enthält: zwischen 35 und 95% Argon, zwischen 5 bis 15% Wasserstoff und zwischen 0 bis 40% Neon.

12. Funkenstrecke (1; 30; 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Rohrelektrode (5; 35; 45) und der Isolator (2; 32; 42) voneinander beabstandet sind.

13. Funkenstrecke (1; 30; 50) nach Anspruch 6, bei der die Stift- und die Rohrelektrode (4, 5; 34, 35; 44, 45) jeweils im Hohlraum (3; 33; 43) liegende Enden aufweisen (4a, 5a), welche angefast sind.

14. Funkenstrecke (1; 30; 50) nach Anspruch 6 oder 13, bei dem an der Stiftelektrode (4; 34; 44) und/oder an der Rohrelektrode (5; 35; 45) eine Aktivierungsmasse (6; 36; 46) aufgebracht ist.

Claims

1. Spark gap (1; 30; 50) comprising a cavity (3; 33; 43) which is surrounded by two connection electrodes (7a, 7b; 37a, 37b; 47a, 47b) and an electrical insulator (2; 32; 42) arranged between said connection electrodes, comprising a pin electrode (4; 34; 44) which projects into a tube electrode (5; 35; 45), comprising indentations (10; 31; 41) in the connection electrodes on the side of the cavity (3; 33; 43), and comprising guidance for the connection electrodes (7a, 7b; 37a, 37b; 47a, 47b) on the inner wall of the insulator (2; 32; 42), characterized in that the guidance is effected by means of beads (11) in the indentations (10; 31; 41).

2. Spark gap according to Claim 1, in which connection bolts (13a, 13b) are mounted on the connection electrodes (7a, 7b; 37a, 37b; 47a, 47b).

3. Spark gap (1; 30) according to Claim 1 or 2, comprising two stiffening electrodes (12a, 12b; 40a, 40b), each of which is connected to one of the two connection electrodes (7a, 7b; 37a, 37b).

4. Spark gap (1; 30) according to Claim 3, the connection electrodes (7a, 7b; 37a, 37b) and the stiffening electrodes (12a, 12b; 40a, 40b) having indentations (10, 31, 41).

5. Spark gap (1; 30; 50) according to one of the preceding claims, in which the insulator (2; 32; 42) is cylindrical, and a connection electrode (7a, 7b; 37a, 37b; 47a, 47b) is arranged on each end face of the insulator (2; 32; 42).

6. Spark gap (1; 30; 50) according to one of the preceding claims, in which the pin electrode (4; 34; 44) is connected to a first connection electrode (7a; 34; 44) and the tube electrode (5; 35; 45) is connected to a second connection electrode (7b; 37b; 47b).

7. Spark gap (1; 30; 50) according to one of the preceding claims, in which the inner surface (2a) of the insulator (2; 32; 42) comprises starting aids (9; 39; 49).

8. Spark gap (1; 30; 50) according to one of the preceding claims, in which the cavity (3; 33; 43) is hermetically sealed with respect to the outside.

9. Spark gap (1; 30; 50) according to Claim 8, in which the connection electrodes (7a, 7b; 37a, 37b; 47a, 47b) terminate the insulator (2; 32; 42) in a gas-tight manner.

10. Spark gap (1; 30; 50) according to one of the preceding claims, in which the cavity (3; 33; 43) is filled with gas (14).

11. Spark gap (1; 30; 50) according to Claim 10, in which the gas (14) contains at least one of the following constituents: between 35 and 95% argon, between 5 and 15% hydrogen and between 0 and 40% neon.

12. Spark gap (1; 30; 50) according to one of the preceding claims, in which the tube electrode (5; 35; 45) and the insulator (2; 32; 42) are spaced apart from one another.

13. Spark gap (1; 30; 50) according to Claim 6, in which the pin and tube electrodes (4, 5; 34, 35; 44, 45) each have ends (4a, 5a) which are in the cavity (3; 33; 43) and are chamfered.

14. Spark gap (1; 30; 50) according to Claim 6 or 13, in which an activation compound (6; 36; 46) is applied to the pin electrode (4; 34; 44) and/or to the tube electrode (5; 35; 45).

Revendications

1. Éclateur (1 ; 30 ; 50) comprenant une cavité (3 ; 33 ; 43) qui est constituée de deux électrodes de raccordement (7a, 7b ; 37a, 37b ; 47a, 47b) et d'un isolateur électrique (2 ; 32 ; 42) disposé entre celles-ci, comprenant une électrode en forme de broche (4 ; 34 ; 44) faisant saillie dans une électrode tubulaire (5 ; 35 ; 45), comprenant des évidements (10 ; 31 ; 41) des électrodes de raccordement sur le côté de la cavité (3 ; 33 ; 43) et comprenant un dispositif de guidage des électrodes de raccordement (7a, 7b ; 37a, 37b ; 47a, 47b) sur la paroi interne de l'isolateur (2 ; 32 ; 42), caractérisé en ce que le guidage s'effectue au moyen de rainures (11) dans les évidements (10 ; 31 ; 41).

2. Éclateur selon la revendication 1, dans lequel des boulons de raccordement (13a, 13b) sont montés sur les électrodes de raccordement (7a, 7b ; 37a, 37b ; 47a, 47b).

3. Éclateur (1 ; 30) selon la revendication 1 ou 2, comprenant deux électrodes de raidissement (12a, 12b ; 40a, 40b) dont l'une est respectivement connectée à l'une des deux électrodes de raccordement (7a, 7b ; 37a, 37b).

4. Éclateur (1 ; 30) selon la revendication 3, dans lequel les électrodes de raccordement (7a, 7b ; 37a, 37b) et les électrodes de raidissement (12a, 12b ; 40a, 40b) comportent des indentations (10, 31, 41).

5. Éclateur (1 ; 30 ; 50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'isolateur (2 ; 32 ; 42) est cylindrique et dans lequel une électrode de raccordement (7a, 7b ; 37a, 37b ; 47a, 47b) est disposée sur chaque face avant de l'isolateur (2 ; 32 ; 42).

6. Éclateur (1 ; 30 ; 50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'électrode en forme de broche (4 ; 34 ; 44) est reliée à une première électrode de raccordement (7a ; 34 ; 44) et l'électrode tubulaire (5 ; 35 ; 45) est reliée à une seconde électrode de raccordement (7b ; 37b ; 47b).

7. Éclateur (1 ; 30 ; 50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface interne (2a) de l'isolateur (2 ; 32 ; 42) présente des dispositifs d'amorçage (9 ; 39 ; 49).

8. Éclateur (1 ; 30 ; 50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cavité (3 ; 33 ; 43) est fermée hermétiquement par rapport à l'extérieur.

9. Éclateur (1 ; 30 ; 50) selon la revendication 8, dans lequel les électrodes de raccordement (7a, 7b ; 37a, 37b ; 47a, 47b) isolent de manière étanche aux gaz l'isolateur (2 ; 32 ; 42).

10. Éclateur (1 ; 30 ; 50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cavité (3 ; 33 ; 43) est remplie de gaz (14).

11. Éclateur (1 ; 30 ; 50) selon la revendication 10, dans lequel le gaz (14) comprend au moins l'un des constituants suivants : de 35 à 95 % d'argon, de 5 à 15 % d'hydrogène, et de 0 à 40 % de néon.

12. Éclateur (1 ; 30 ; 50) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'électrode tubulaire (5 ; 35 ; 45) et l'isolateur (2 ; 32 ; 42) sont espacés l'un de l'autre.

13. Éclateur (1 ; 30 ; 50) selon la revendication 6, dans lequel les électrodes en forme de broche et tubulaire (4, 5 ; 34, 35 ; 44, 45) présentent des extrémités (4a, 5a) se situant dans la cavité (3 ; 33 ; 43), lesquelles extrémités sont biseautées.

14. Éclateur (1 ; 30 ; 50) selon la revendication 6 ou 13, dans lequel une masse d'activation (6 ; 36 ; 46) est appliquée à l'électrode en forme de broche (4 ; 34 ; 44) et/ou à l'électrode tubulaire (5 ; 35 ; 45).

Zeichnung