Funkenstreckenanordnung Die Erfindung betrifft eine Funkenstreckenanordnung mit einer triggerbaren Funkenstrecke.

Herkömmliche triggerbare Funkenstrecken weisen üblicherweise wenigstens drei Elektroden auf. Beispielsweise sind die

Elektroden in einem gasgefüllten Raum angeordnet, wobei durch Anlegen einer entsprechenden Spannung an eine der Elektroden, vorzugsweise an eine Triggerelektrode, eine Funkenstrecke zwischen den Elektroden gezündet wird. Beispielsweise

entsteht dabei in dem gasgefüllten Raum eine ionisierte

Strecke, über die ein Strom zwischen den Elektroden fließt.

Solche triggerbaren Funkenstrecken können beispielsweise Bestandteile von Überspannungsableitern sein, die elektrische Komponenten, insbesondere mit einer Gleichspannung betriebene elektrische Komponenten, vor einer Überspannung schützen sollen. Zu diesem Zweck kann die triggerbare Funkenstrecke an eine Betriebsspannung der jeweiligen elektrischen Komponente angeschlossen sein. Beipielsweise bei einem abrupten

Spannungsanstieg kann die triggerbare Funkenstrecke die anliegende Betriebsspannung kurzschließen. Die triggerbare Funkenstrecke ist weiterhin zweckmäßigerweise mit einer

Sicherung verbunden, die, sobald ein Strom zwischen den

Elektroden der triggerbaren Funkenstrecke fließt, das heisst die triggerbare Funkenstrecke zündet oder auslöst, die

Sicherung anspricht und den Stromkreis der elektrischen

Komponente unterbricht. Eine zu lösende Aufgabe ist es, eine Funkenstreckenanordnung anzugeben, bei der die triggerbare Funkenstrecke in einem vorgegebenen Spannungsbereich zündet. Diese Aufgabe wird durch die Funkenstreckenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte

Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Eine vorgeschlagene Funkenstreckenanordnung umfasst eine triggerbare Funkenstrecke und eine Triggerschaltung, die einen ersten und einen zweiten Ladungsspeicher, eine

Spannungsbegrenzungskomponente, eine Triggerdiode, ein triggerbares Ableitelement und einen Transformator umfasst. Die Spannungsbegrenzungskomponente kann beispielsweise eine oder mehrere Halbleiterdioden umfassen. Die

Spannungsbegrenzungskomponente und die Triggerdiode sind ausgelegt, einen Eingangsimpuls in einem vorbestimmten

Spannungsbereich durchzuschalten und den ersten

Ladungsspeicher aufzuladen.

Bei dem Eingangsimpuls kann es sich um einen unerwünschten, insbesondere für weitere verschaltete elektrische Komponenten schadhaften, elektrischen Spannungsimpuls handeln, der beispielsweise durch eine Fehlfunktion oder Zerstörung von Teilen der Schaltung hervorgerufen wird.

Die triggerbare Funkenstrecke ist derart eingerichtet, dass das triggerbare Ableitelement spannungsabhängig über dem ersten Ladungsspeicher durchschaltet und den zweiten

Ladungsspeicher über eine Primärseite des Transformators entlädt. Eine Sekundärseite des Transformators ist mit der triggerbaren Funkenstrecke verbunden. Ein Vorteil der Funkenstreckenanordnung betrifft die Möglichkeit, beispielsweise bei elektronisch geregelten Spannungsumformern oder Spannungswandlern, welche spannungsempfindliche

Bauelemente oder Komponenten aufweisen, als

Überspannungsschutz zu fungieren. Die Triggerschaltung ist insbesondere vorgesehen, in dem Zusammenwirken mit der

Funkenstreckenanordnung eine bestimmten Anforderungen

genügende Spannungstoleranz zu erreichen, welche mit einer triggerbaren Funkenstrecke allein nicht erreichbar ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt der vorbestimmte Spannungsbereich zwischen 420 Volt und 480 Volt. Durch diese Ausgestaltung wird zweckmäßigerweise erreicht, dass genau in dem genannten Spannungsbereich ein Eingangsimpuls von der Spannungsbegrenzungskomponente durchgeschaltet wird. Dies ermöglicht, dass die triggerbare Funkenstrecke auslöst beziehungsweise zündet. Zweckmäßigerweise ist der vorgegebene Spannungsbereich kleiner als eine Höchstspannung der

elektrischen Komponente, welche vor Überspannung geschützt werden soll.

In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt an der

Triggerschaltung eine Gleichspannung als Betriebsspannung an. In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt an der

Triggerschaltung eine Betriebsspannung zwischen 380 Volt und 420 Volt an. Durch diese Ausgestaltung kann die

Funkenstreckenanordnung beispielsweise für eine Anwendung in elektronisch gesteuerten Spannungswandlern angepasst werden, welche bei dieser Betriebsspannung betrieben werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung hängt die Spannung, bei der die Spannungsbegrenzungskomponente den Eingangsimpuls durchschaltet, von der Betriebstemperatur der

Triggerschaltung ab. Diese Abhängigkeit kann beispielsweise von einem thermischen Driftverhalten einer charakteristischen Spannung der Spannungsbegrenzungskomponente herrühren.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die

Spannungsbegrenzungskomponente eine Mehrzahl von Zener- Dioden. Durch diese Ausgestaltung kann besonders zweckmäßig eine Spannungsbegrenzungskomponente angegeben werden, die an den vorgegebenen Spannungsbereich angepasst ist. Die Zener- Dioden sind vorzugsweise in der Triggerschaltung in Reihe geschaltet, so dass die Betriebsspannung gleichmäßig über den Zener-Dioden abfällt. Die Zener-Dioden oder deren Anzahl kann derart dimensioniert oder angepasst sein, dass der

Eingangsimpuls in dem vorgegebenen Spannungsbereich von den Zener-Dioden durchgeschaltet wird. Die Anzahl der Zener- Dioden oder die Zener-Dioden selbst sind vorzugsweise derart angepasst oder dimensioniert, dass die

Spannungsbegrenzungskomponente den Eingangsimpuls nur dann durchschaltet, wenn die Spannung des Eingangsimpulses in dem vorbestimmten Spannungsbereich liegt.

Die Triggerschaltung kann alternativ einen Reihenwiderstand umfassen, welcher mit den Zener-Dioden in Reihe geschaltet ist, um die Spannung, welche über den Zener-Dioden abfällt, gegenüber der Betriebsspannung um die Spannung, welche über dem Reihenwiderstand abfällt, einzuschränken.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die

Spannungsbegrenzungskomponente derart ausgelegt, dass

Toleranzen der Durchbruchspannungen der Zener-Dioden oder die Durchbruchspannungen selbst den vorbestimmten

Spannungsbereich definieren. Die Durchbruch- beziehungsweise Zenerspannungen der Zener-Dioden können temperaturabhängig sein. Bei den Toleranzen der Durchbruchspannungen der Zener- Dioden handelt es sich vorzugsweise um temperaturbedingte Toleranzen .

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die

Spannungsbegrenzungskomponente dreizehn Zener-Dioden mit einer Durchbruchspannung von je 33 Volt. Durch diese

Ausgestaltung kann vorteilhafterweise ermöglicht werden, dass die temperaturabhängige Drift der Durchbruchspannungen den vorbestimmten Spannungsbereich definiert, derart dass die Spannungsbegrenzungskomponente innerhalb der Grenzen des vorbestimmten Spannungsbereichs den Eingangsimpuls

durchschaltet. Weiterhin kann eine Durchschhaltspannung der Spannungsbegrenzungskomponente beispielsweise auf circa 420 Volt oder eine andere Spannung angesetzt werden.

Durch den positiven Temperaturkoeffizienten der

Durchbruchspannungen der Zener-Dioden wird zweckmäßigerweise erreicht, dass sich diese Durchbruchspannung

temperaturbedingt über einen Spannungsbereich, insbesondere den vorgegebenen Spannungsbereich erstreckt oder verteilt, so dass sichergestellt werden kann, dass in dem vorgegebenen Spannungsbereich ein Durchschalten des Eingangsimpulses durch die Spannungsbegrenzungskomponente erfolgt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung definiert die Summe der Durchbruchspannungen der Zener-Dioden eine untere Grenze des vorgegebenen Spannungsbereichs.

In einer bevorzugten Ausgestaltung definiert die maximale Temperaturdrift der Durchbruchspannungen während eines

Betriebs der Triggerschaltung die obere Grenze des vorgegebenen Spannungsbereichs. Insbesondere kann dabei die obere Grenze des vorgegebenen Spannungsbereichs durch die höchste Durchschaltspannung der Zener-Dioden während des Betriebs der Triggerschaltung definiert werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das triggerbare Ableitelement einen Thyristor, wobei die Triggerdiode in Reihe zu der Spannungsbegrenzungskomponente geschaltet und eingerichtet ist, den Thyristor in Abhängigkeit der Spannung über dem ersten Ladungsspeicher leitend zu schalten. Wenn also die Spannung über dem ersten Ladungsspeicher die

Durchschaltspannung erreicht, wird die Triggerdiode in einen leitenden Zustand überführt, so dass ein Steuerstrom auf die Steuerelektrode des Thyristors geführt wird, um diesen zu zünden beziehungsweise leitend zu schalten. Der Thyristor ist dabei mit dem zweiten Ladungsspeicher so verschaltet, dass eine Entladung über die Primärseite des Transformators erfolgt . In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die

Triggerschaltung einen ersten Widertand, wobei der erste Widerstand derart eingerichtet ist, dass der zweite

Ladungsspeicher im Betrieb der Triggerschaltung auf eine Spannung zwischen 280 Volt und 320 Volt, vorzugsweise 300 Volt aufgeladen wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die

Triggerschaltung einen zweiten Widerstand, wobei die

Triggerschaltung eingerichtet ist, den ersten Ladungsspeicher über den zweiten Widerstand durch den Eingangsimpuls

aufzuladen. Der erste Ladungsspeicher kann ein Kondensator, insbesondere ein Entkoppelkondensator sein, um ein

unerwünschtes Durchschalten des Thyristors zu verhindern. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die

Triggerschaltung eine weitere Spannungsbegrenzungskomponente, welche eingerichtet ist, die Spannung an der Primärseite des Transformators auf einen vorgegebenen Wert zu begrenzen. Bei der Begrenzung handelt es sich vorzugsweise um einen

Überspannungsschutz der Primärseite des Transformators. Der vorgegebene Wert kann eine vorgegebene Höchstspannung der Primärseite des Transformators sein.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die

Triggerschaltung einen dritten Widerstand, wobei die

Triggerschaltung derart eingerichtet ist, dass der erste Widerstand und der dritte Widerstand einen Spannungsteiler für die Betriebs- oder Primärspannung der Triggerschaltung und/oder des Transformators bilden. Über die Widerstandswerte des ersten Widerstandes und des dritten Widerstandes

beziehungsweise die Dimensionierung des Spannungsteilers kann vorteilhafterweise die Spannung bestimmt werden, auf die der zweite Ladungsspeicher im Betrieb der Triggerschaltung aufgeladen wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die

Funkenstreckenanordnung eine Sicherung auf, die mit der triggerbaren Funkenstrecke verbunden ist, wobei die Sicherung eingerichtet ist, eine elektrische Komponente von der

Betriebsspannung zu trennen. Die elektrische Komponente kann ein elektronisches Bauteil sein, welches durch die

Funkenstreckenanordnung vor einer Überspannung geschützt werden soll. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Triggerschaltung in ein Gehäuse zusammen mit der triggerbaren Funkenstrecke integriert . In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die triggerbare

Funkenstrecke eine Gasentladungsfunkenstrecke oder ein gasgefüllter elektrischer Überspannungsabieiter.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein elektronisches Bauteil mit der Funkenstreckenanordnung. Das elektronische Bauteil weist die elektrische Komponente auf, wobei das elektronische

Bauteil derart eingerichtet ist, dass an der elektrischen Komponente die Betriebsspannung anliegt. Durch diese

Ausgestaltung kann die Funkenstreckenanordnung

vorteilhafterweise an die Betriebsspannung der elektrischen Komponente angepasst werden, so dass die elektrische

Komponente durch die Funkenstreckenanordnung vor einer

Überspannung, welche die elektrische Komponente zerstören könnte, geschützt werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die elektrische

Komponente ein Superkondensator, der eine elektrische

Höchstspannung von 500 Volt aufweist. Der Superkondensator kann zur Stabilisierung der Betriebsspannung, beispielsweise für eine Anwendung der Funkenstreckenanordnung in

Spannungswandlern, eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des elektronischen

Bauteils, ist dieses ein, vorzugsweise elektronisch

geregelter, Gleichspannungswandler.

Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausgestaltungen und

Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren .

Figur 1 zeigt schematisch zumindest Teile eine

Funkenstreckenanordnung mit einer Triggerschaltung.

Die Funkenstreckenanordnung FSA umfasst eine Triggerschaltung TRG und eine triggerbare Funkenstrecke TF. Die triggerbare Funkenstrecke ist beispielsweise eine

Gasentladungsfunkenstrecke oder ein gasgefüllter elektrischer Überspannungsabieiter. Die Triggerschaltung TRG ist mit der triggerbaren Funkenstrecke TF, verbunden. Die triggerbare Funkenstrecke ist vorzugsweise weiterhin mit einer Sicherung (nicht explizit dargestellt) verbunden, welche eingerichtet ist anzusprechen, sobald die triggerbare Funkenstrecke ausgelöst wird beziehungsweise zündet. Die Sicherung ist vorzugsweise vorgesehen, eine vor einer Überspannung zu schützenden elektrischen Komponente, welche mit der

Triggerschaltung verschaltet sein kann, von der

Betriebsspannung zu trennen.

Die Triggerschaltung TRG umfasst einen Transformator TR. Der Transformator TR kann ein Hochspannungstransformator sein. Eine Primärwicklung Tl des Transformators ist kleiner

dargestellt als eine Sekundärwicklung T2, um auszudrücken, dass durch den Transformator TR vorzugsweise eine

Spannungstransformation zwischen der Primärseite Tl und der Sekundärseite T2 des Transformators TR durchgeführt wird. Die Triggerschaltung TRG umfasst, wie in Figur 1 dargestellt, eine Serienschaltung von Zener-Dioden, vorzugsweise 13 Zener- Dioden. Die Zener-dioden haben vorzugsweise eine

Durchbruchspannung oder Zenerspannung von je 33 Volt. Auf diese Weise kann die Spannungsbegrenzungskomponente SBK derart ausgelegt werden, dass Toleranzen der

Durchbruchspannungen der Zener-Dioden der

Spannungsbegrenzungskomponente SBK den vorbestimmten

Spannungsbereich definieren.

Die Durchbruchpannungen der Zener-Dioden können

temperaturabhängig sein. Der Spannungsdurchbruch der Zener- Dioden kann durch den Lawineneffekt hervorgerufen sein.

Dementsprechend kann der Temperaturkoeffizient der

Durchbruchspannungen der Zener-Dioden positiv sein. Bei den Toleranzen der Durchbruchspannungen der Zener-Dioden handelt es sich vorzugsweise um temperaturbedingte Toleranzen. Weiterhin in Reihe mit den Zener-Dioden ist ein

Reihenwiderstand Rl geschaltet. Die in der Figur 1

dargestellten Zener-Dioden repräsentieren beispielhaft eine Spannungsbegrenzungskomponente SBK der

Funkenstreckenanordnung FSA. Über die Dimensionierung des Widerstandes Rl kann beispielsweise der Spannungsabfall über der Spannungsbegrenzungskomponente SBK eingestellt werden.

Die Triggerschaltung TRG umfasst weiterhin eine Triggerdiode oder einen Diac DI. Die Triggerdiode DI ist in Reihe mit der Spannungsbegrenzungskomponente SBK geschaltet.

Die Triggerschaltung TRG umfasst weiterhin einen ersten Widerstand R3 und einen zweiten Widerstand R2. Der erste Widerstand R3 kann beispielsweise einen

Widerstandswert von 6,8 ΜΩ haben. Die Triggerschaltung TRG umfasst weiterhin einen ersten Ladungsspeicher Cl . Die

Triggerschaltung TRG umfasst weiterhin einen zweiten Ladungsspeicher C2. Der zweite Ladungsspeicher C2 ist mit einem Anschluss mit den Widerständen R3 und R4 und mit einem zweiten Anschluss mit der Primärwicklung Tl des

Transformators TR verbunden. Die Kapazität des zweiten

Ladungsspeichers kann beispielsweise 47 nF betragen.

Der zweite Widerstand R2 ist in Serie mit einem ersten

Ladungsspeicher Cl geschaltet. Der zweite Widerstand R2 und der erste Ladungsspeicher Cl sind parallel zu dem Widerstand Rl geschaltet. Über den zweiten Widerstand R2 wird weiterhin der erste Ladungsspeicher Cl aufgeladen.

Die Spannungsbegrenzungskomponente SBK und die Triggerdiode DI sind weiterhin eingerichtet oder ausgelegt, einen, beispielsweise durch eine Überspannung hervorgerufenen, Eingangsimpuls in einem vorbestimmten Spannungsbereich durchzuschalten und den ersten Ladungsspeicher Cl über den zweiten Widerstand R2 aufzuladen. Ein Eingangsimpuls durch eine solche Überspannung kann beispielsweise durch den Ausfall oder die Zerstörung einer Komponente der Schaltung oder Anwendung verursacht werden, in der die Funkenstreckenanordnung FSA eingesetzt wird. Die Funkenstreckenanordnung FSA kann beispielsweise in

Gleichspannungswandlern eingesetzt werden. Eine solche

Komponente kann beispielsweise ein Ausgangstransistor des genannten Gleichspannungswandlers sein.

Die Triggerschaltung weist weiterhin einen dritten Widerstand R4 auf, welcher zusammen mit dem ersten Widerstand R3 einen Spannungsteiler für die anliegende Betriebsspannung bildet. Der zweite Ladungsspeicher C2 ist parallel zu dem dritten Widerstand R4 geschaltet. Der dritte Widerstand R4 kann beispielsweise einen Widerstandswert von 20 ΜΩ haben. Über den Spannungsteiler beziehungsweise die Dimensionierung des ersten Widerstands R3 und des dritten Widerstands R4 wird die Spannung bestimmt, auf welche der zweite Ladungsspeicher C2 im Betrieb der

Triggerschaltung TRG aufgeladen wird. Die Triggerschaltung TRG ist vorzugsweise für einen Gleichspannungsbetrieb

ausgelegt. Vorzugsweise wird eine Betriebsspannung zwischen 380 Volt und 420 Volt, vorzugsweise 400 Volt an die

Triggerschaltung TRG angelegt.

Die Triggerschaltung TRG umfasst ferner einen Thyristor TH. Im Betrieb verbleibt auf dem zweiten Ladungsspeicher C2 vorzugsweise eine ausreichende Ladungsmenge beziehungsweise Spannung, um beim Kurzschluss über dem Thyristor TH einen ausreichenden Spannungspuls im Transformator TR zu erzeugen.

Die Triggerschaltung TRG umfasst weiterhin eine weitere

Spannungsbegrenzungskomponente, welche beispielhaft durch die Zener-Dioden D4 und D5 repräsentiert ist. Die weitere

Spannungsbegrenzungskomponente ist parallel zu dem dritten Widerstand R4 geschaltet. Die weitere

Spannungsbegrenzungskomponente ist weiterhin eingerichtet, die Spannung an der Primärseite Tl des Transformators TR vor einer Überspannung zu schützen.

Im Betrieb der Funkenstreckenanordnung FSA wird

beispielsweise der Ladungsspeicher C2 über den ersten

Widerstand R3 auf eine Spannung zwischen 280 Volt und 320 Volt, vorzugsweise circa 300 Volt, aufgeladen. Die erste Spannungsbegrenzungskomponente SBK ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie einen Eingangsimpuls in einem vorgegebenen Spannungsbereich zwischen 420 und 480 Volt durchschaltet .

Nach dem Durchschalten des Eingangsimpulses wird der erste Ladungsspeicher Cl über den zweiten Widerstand R2 aufgeladen. Der Thyristor TH wird dementsprechend durch die Ladespannung des ersten Ladungsspeichers Cl gezündet, so dass eine

niederohmige Verbindung zwischen dem zweiten Ladungsspeicher C2 und dem unteren Anschluss der Primärwicklung Tl entsteht. Anders ausgedrückt ist der zweite Ladungsspeicher über den Thyristor TH und die Primärwicklung Tl kurzgeschlossen.

Infolgedessen wird in der Primärwicklung Tl des

Transformators TR ein Spannungspuls generiert, welcher auf der Sekundärseite T2 hochtransformiert zu einem

Spannungsimpuls an der triggerbaren Funkenstrecke TF führt. Dieser Spannungsimpuls führt dann wiederum zu einem Triggern beziehungsweise Auslösen oder Zünden der triggerbaren

Funkenstrecke TF. Die Funkenstreckenanordnung FSA kann in einem elektronischen Bauteil oder für eine elektronische Schaltung (siehe oben) vorgesehen werden. Dieses elektronische Bauteil oder die Schaltung (nicht explizit dargestellt) kann eine elektrische Komponente, beispielsweise einen Superkondensator (nicht explizit dargestellt) umfassen, welche durch die

Funkenstreckenanordnung vor einer Überspannung, die

vorzugsweise der Betriebsspannung der Triggerschaltung TRG entspricht, geschützt werden. Eine Höchstspannung eines solchen Superkondensators beträgt vorzugsweise 500 Volt.

Alternativ kann eine Höchstspannung der elektrischen

Komponente einen anderen Spannungswert aufweisen. Obwohl dies nicht explizit beschrieben ist, umfasst die vorliegende Beschreibung ebenfalls Dimensionierungen der Komponenten der Triggerschaltung, welche vorliegend nicht explizit genannt sind. Insbesondere kann der vorgegebene Spannungsbereich anders gewählt und/oder auf eine andere als die beschriebene Betriebs- oder Höchstspannung angepasst sein .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die

Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Bezugs zeichenliste

TF Triggerbare Funkenstrecke TRG TriggerSchaltung

TR Transistor

Tl Primärseite

T2 Sekundärseite

SBK Spannungsbegrenzungskomponente

D4, D5 Zener-Diode

Rl, R2, R3, R4 Widerstand

Cl, C2 Ladungsspeieher

DI Triggerdiode, Diac

TH Thyristor