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Patent Searching and Data


Title:
GAS-FILLED DISCHARGE PATH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/014782
Kind Code:
A2
Abstract:
Gas-filled discharge paths such as overvoltage branch circuits and spark arresters can have a short ignition time in a dark space due to the use of a special activation mass. In order to simplify the production of such discharge paths, entirely nickeled electrodes (1, 2; 11) are incorporated. Furthermore, in addition to titan, nickel in metallic form is added to said special activation mass (4).

Inventors:
Boy, Jürgen (Stolzingstrasse 8B Berlin, D-13465, DE)
Däumer, Wolfgang (Gräfestrasse 43 Berlin, D-10967, DE)
Petschel, Bernd (Biesenbrower Strasse 107 Berlin, D-13057, DE)
Application Number:
PCT/DE1998/002757
Publication Date:
March 25, 1999
Filing Date:
September 10, 1998
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2 München, D-80333, DE)
Boy, Jürgen (Stolzingstrasse 8B Berlin, D-13465, DE)
Däumer, Wolfgang (Gräfestrasse 43 Berlin, D-10967, DE)
Petschel, Bernd (Biesenbrower Strasse 107 Berlin, D-13057, DE)
International Classes:
H01J17/06; H01J17/04; H01J17/40; H01T1/20; H01T1/22; H01T4/12; (IPC1-7): H01J17/06; H01J17/40
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Claims:
Patentanspruche
1. Gasgefullte Entladungsstrecke wie Funkenstrecke oder Uber spannungsableiter mit wenigstens zwei Elektroden und mit ei ner auf wenigstens eine Elektrode aufgebrachten Elektroden Aktivierungsmasse auf der Basis von Natriumund/oder Kalium Silikat, die als weitere Komponenten eine BariumVerbindung, Titan in metallischer Form und eine Oxydverbindung aus Casium und einem sogenannten Ubergangsmetall enthalt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Elektroden (1,2) sowohl auf ihrer außerhalb des Ent ladungsraumes als auch auf ihrer innerhalb des Entladungsrau mes liegenden Oberflache mit einer Nickelschicht (11) verse hen sind, deren Schichtdicke wenigstens 5pm betra. gt und daß die Elektrodenaktivierungsmasse (4) amuser Titan zu satzlich Nickel in metallischer Form enthalt.
2. Entladungsstrecke nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Elektrodenaktivierungsmasse (4) Titan und Nickel zu etwa gleichen Anteilen enthalt.
3. Entladungsstrecke nach Patentanspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, da die Elektrodenaktivierungsmasse (4) als weitere Komponen te ein Alkalihalogenid oder ein Alkaliborat in einer Menge von 5 bis 15 Gew. % enthalt.
Description:
Beschreibung Gasgefüllte Entladungsstrecke Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektronischen Bauele- mente und ist bei der Gestaltung von gasgefullten Entladungs- strecken mit wenigstens zwei Elektroden anzuwenden, bei denen zur Sicherstellung der Zund-, Brenn-und Loscheigenschaften auf wenigstens eine der Elektroden eine aus mehreren Kompo- nenten bestehende Elektrodenaktivierungsmasse aufgebracht ist.

Um bei mit Edelgas gefullten Entladungsstrecken wie Funken- strecken oder Uberspannungsableitern das jeweils gewunschte Betriebsverhalten wie Zundspannung, Ansprechzeit, statische Ansprechspannung und dynamische Ansprechspannung, Loschspan- nung und Glimmbrennspannung zu gewahrleisten, mussen unter- schiedliche MaQnahmen wie konstruktive Gestaltung der Elek- troden, Art und Druck der Gasfullung und Auswahl der auf den aktiven Oberflachen der Elektroden angeordneten Aktivierungs- masse aufeinander abgestimmt werden. Zur Erzeugung definiti- ver Verhaltnisse ist es dabei weiterhin ublich, auf der In- nenwand des Glas-oder Keramik-Isolators einen oder mehrere Zundstriche anzuordnen und gegebenenfalls eine spezielle Io- nisationsquelle, beispielsweise eine punktfõrmige Ablagerung aus einem radioaktiven Material, vorzusehen. Um eine gasfor- mige Entladungsstrecke so auszubilden, da8 sie auch ohne Ver- wendung einer zusatzlichen Ionisationsquelle eine sehr gerin- ge Zundverzogerung im dunklen Raum aufweist, ist bereits die Verwendung einer aus mehreren Komponenten bestehenden Elek- trodenaktivierungsmasse bekannt, die außer der ublichen Ba-

siskomponente in Form eines oder mehrerer Alkali-oder Erdal- kali-Halogenide und/oder Natrium-und/oder Kaliumsilikat in einer Menge von 30 bis 60 Gew. t als weitere Komponenten eine Bariumverbindung und ein sogenanntes Ubergangsmetall in me- tallischer Form wie beispielsweise Titan in einer Menge von jeweils 5 bis 25 Gew. 8 und eine Oxydverbindung aus Cæsium und einem sogenannten Ubergangsmetall wie beispielsweise Wolfram, also Casium-Wolframat (Cs2WO4) in einer Menge von ebenfalls etwa 5 bis 25 Gew% enthalt. Bei Verwendung einer derartigen Elektrodenaktivierungsmasse hat sich gezeigt, daß die Zund- spannung der ersten Zundung nach 24-stundiger Dunkellagerung der Entladungsstrecke innerhalb der von den Benutzern derar- tiger Entladungsstrecken geforderten Bandbreite liegt (DE 197 01 816 A1).

Fur gasgefullte Entladungsstrecken wie Funkenstrecken oder Uberspannungsableiter werden ublicherweise Elektroden aus ei- ner Nickel-Eisen-oder einer Nickel-Eisen-Kobalt-Legierung oder aus Kupfer eingesetzt. Es ist ublich, die åuBere Ober- flache dieser Elektroden nach dem Verloten der Elektroden mit dem Isolator und noch vor der Durchfuhrung weiterer Arbeits- gange wie Anschweißen von Anschlu$dråhten und Durchfuhrung von Prufungen zum Schutz gegen Oxidation zu vernickeln. Hier- zu werden gleichzeitig eine Vielzahl von Entladungsstrecken nach dem Lötprozeß als Ganzes einer galvanischen Behandlung unterzogen (WO 90/90 03 677/EP 0 436 529 B1).

Ausgehend von einer gasgefullten Entladungsstrecke mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Herstellungsprozeß von radioaktivfreien Entladungsstrecken mit geringer Zundverzoge-

rung im dunklen Raum zu vereinfachen und dabei den Anforde- rungen an hochste Anspruche bezuglich der Konstanz der elek- trischen Werte dieser Entladungsstrecken zu genugen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemma6 der Erfindung vorgesehen, daß die Elektroden der Entladungsstrecke sowohl auf ihre au- Serhalb des Entladungsraumes als auch auf ihrer innerhalb des Entladungsraumes liegenden Oberflache mit einer Nickelschicht versehen sind, deren Schichtdicke wenigstens 5 us betragt, und daß die Elektrodenaktivierungsmasse außer Titan zusatz- lich Nickel in metallischer Form enthalt.

Die Erfindung sieht also einerseits vor, fur die in Rede ste- henden Entladungsstrecken ganz vernickelte Elektroden zu ver- wenden. Diese Vernickelung kann erfolgen, bevor die einzelnen Elektroden fur den Zusammenbau zur Entladungsstrecke verein- zelt werden. Diese fruhzeitige Vernickelung der Elektroden ermoglicht es, die Entladungsstrecke als Ganzes in wenigen Arbeitsschritten, die zeitlich unmittelbar hintereinander ab- laufen konnen, herzustellen. Der fließende Herstellungspro- zens, bei dem Einzelteile in mehreren Herstellungsschritten einzeln behandelt werden (Aufbringen einer Aktivierungsmasse auf die Elektroden, Zusammenfugen von Isolator und Elektro- den, Entgasen, Loten, Bedrucken, Anschweißen von Anschluß- drahten, Durchfuhrung von Messungen) wird also nicht durch einen artfremden Herstellungsschritt unterbrochen. Dies wirkt sich günstig auf die Herstellungskosten aus.-Andererseits berucksichtigt die Erfindung, da6 die Ganzvernickelung der Elektroden nicht ohne Einfluß auf die elektrischen Eigen- schaften der Entladungsstrecke bleibt, weil im Gasraum der Entladungsstrecken die Oberflache der Elektroden nicht mehr

von einer Kupfer-oder Nickel-Eisen-Schicht, sondern von ei- ner Nickelschicht gebildet wird. Um diesen EinfluQ zu stabi- lisieren, ist vorgesehen, da6 die Nickelschicht eine Mindest- dicke aufweist, damit die Nickelschicht nicht bei Entladungs- vorgangen partiell vollstandig abgetragen wird und daS fur die Elektrodenaktivierungsmasse als Basismaterial ein Kalium- oder Natrium-Silikat ausgewahlt ist und die Elektrodenakti- vierungsmasse als Komponente des in metallischer Form vorlie- genden Ubergangsmetalles außer Titan auch Nickel enthalt, um die Fixierung der Elektrodenaktivierungsmasse auf den Elek- trodenoberflachen im Hinblick auf Wechselstrombelastungen mit 20 A, Stoßstrombelastungen von 20 kA und bezuglich der Le- bensdaueranforderungen zu gewahrleisten. Eine moglichst ge- ringe Nickelabtragung bei Entladungsvorgangen kann noch da- durch unterstutzt werden, daß fur die Gasfullung reines Argon oder ein Gemisch aus Argon und Neon verwendet wird. Weiterhin wirkt sich hierfür eine moglichst niedrige Brennspannung gun- stig aus. Eine Optimierung der Brennspannung und auch der Loscheigenschaften sowie der Bereitstellung von Ladungstra- gern laßt sich im ubrigen durch eine Zugabe eines Alkalihalo- genids oder eines Alkaliborates zu der Elektrodenaktivie- rungsmasse als weiterer Komponente in eine Menge von 5 bis 15 Gew. % erzielen.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der neuen Entladungsstrecke in Form eines Uberspannungsableiters ist in der Figur dargestellt.

Der Uberspannungsableiter besteht aus den beiden napfformig gestalteten Elektroden 1 und 2 aus Kupfer, die stirnseitig in einen Keramikisolator 3 eingelotet sind. Vor dem Einloten sind die Elektroden 1 und 2 durch eine galvanische Behandlung

auf ihrer gesamten Oberflache mit einer Nickelschicht 11 ver- sehen worden, die eine Dicke von etwa 6 Zm aufweist.

Die aktiven Oberflachen der Elektroden 1 und 2 sind mit einer Aktivierungsmasse 4 beschichtet, die in oberflåchliche Ver- tiefungen der Elektroden eingebettet ist. Bei dieser Aktivie- rungsmasse handelt es sich um eine Masse auf der Basis von Alkali oder Erdalkali-Silikaten, beispielsweise einer Mi- schung von Natriumsilikat und Kaliumsilikat mit Anteilen von jeweils 20 Gew. %. Als weitere Komponenten sind eine Barium- verbindung wie Barium-Aluminium in einer Menge von 20 Gew. %, Titan und Nickel als Ubergangsmetall in metallischer Form in einer Menge von jeweils 10 Gew. %, eine Oxidverbindung aus Ca- sium und Wolfram in einer Menge von ebenfalls 10 Gew. % und ein Natriumtetraborat in einer Menge von ebenfalls 10 Gew. % vorgesehen.

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

Auf die Innenwand des Isolators 3 sind noch Graphitzundstri- che 6 aufgebracht, bei denen es sich um sogenannte Mittel- zundstriche handelt, die an keine der beiden Elektroden ange- bunden sind. Anstelle von Mittelzundstrichen konnen auch an die eine oder abwechselnd an beide Elektroden angebundene Zunstriche eingesetzt werden.