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Dokumentenidentifikation DE102005024658B4 15.02.2007
Titel Gekapselte, druckfest ausgeführte, nicht hermetisch dichte, rotationssymmetrische Hochleistungsfunkenstrecke
Anmelder Dehn + Söhne GmbH + Co. KG, 92318 Neumarkt, DE
Erfinder Ehrhardt, Arnd, Dr.-Ing., 92318 Neumarkt, DE;
Hierl, Stephan, 92318 Neumarkt, DE
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Anmeldedatum 30.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005024658
Offenlegungstag 14.12.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.2007
IPC-Hauptklasse H01T 4/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01T 2/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H01T 1/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine gekapselte, druckfest ausgeführte, nicht hermetisch dichte, rotationssymmetrische Hochleistungsfunkenstrecke mit zwei beabstandet gegenüberliegenden Hauptelektroden, einem metallischen Außengehäuse, mindestens einer Triggerelektrode, einem vom Außengehäuse umgebenen Gas- oder Plasma-Abkühlraum sowie bevorzugt stirnseitig angeordneten elektrischen Anschlußkontakten für die Hauptelektroden gemäß Patentanspruch 1.

Bei Überspannungsableitern auf der Basis von Funkenstrecken gemäß dem Stand der Technik werden diese bei Anwendungen im Niederspannungsbereich gekapselt ausgeführt, um das die Umgebung gefährdende Ausblasen von heißen oder noch ionisierten Gasen zu vermeiden.

Bei zum älteren Stand der Technik gehörenden ausblasenden Ableitern wird der größte Teil des Energieumsatzes bis ca. 90% in Form von heißem Gas an die Umgebung abgegeben. Es ist offensichtlich, daß durch das Vermeiden des Ausblasens bei modernen Funkenstrecken sowohl die thermische als auch die dynamische Belastung ansteigt. Diese steigenden Belastungen erschweren bei gekapselten Ableitern die notwendige Beherrschung hoher Impuls- und Folgeströme bei möglichst geringer Baugröße.

Zur Realisierung niedriger Schutzpegel im Bereich weniger kV werden die Ableiter mit zusätzlichen Triggereinrichtungen versehen. Eine solche Triggereinrichtung erfordert eine Isolation der zusätzlichen, im allgemeinen mit Hochspannung belasteten weiteren Elektrode. Der Mehraufwand an Bauraum und die zusätzlichen Isolationsmaterialien führen ebenfalls zu einer weiteren Einschränkung der Leistungsfähigkeit derartig realisierter Ableiter.

Gemäß der DE 100 08 764 A1 und der dort gezeigten gekapselten Funkenstrecke ist es bekannt, das Triggerpotential über die metallische Gehäuseummantelung der Funkenstrecke zuzuführen. Die dort vorgesehenen Hauptelektroden werden isoliert gegeneinander und gegenüber dem Gehäuse in die Funkenstrecke eingebracht. Aufgrund der geringen Lichtbogenlänge und der nur einfachen Aufteilung des Lichtbogens kann mit dieser Lösung des Standes der Technik jedoch nur eine geringe Folgestrombegrenzung erreicht werden.

Bei dem gekapselten Ableiter nach DE 100 18 012 A1 wird das Potential der Zündelektrode ebenfalls über den druckfesten metallischen Mantel der Funkenstrecke zugeführt. Der dortige druckfeste Mantel ist aus einem Stück gefertigt und es wird zur Herstellung auf ein einfaches Umformverfahren zurückgegriffen. Der Verzicht auf eine isolierte Durchführung des Zündpotentials führt bei dieser Variante jedoch zu einem Mehraufwand an Isolation im Inneren der Funkenstrecke, da beide Elektroden nicht nur gegeneinander, sondern auch gegenüber dem gesamten Gehäuse isoliert sein müssen. Neben dem höheren Platzbedarf wird durch die aufwendige und spannungsfeste Isolation insbesondere auch die Wärmeabgabe aus der Funkenstrecke behindert. Dies führt zu einer erhöhten thermischen Belastung der Isolationsteile, zu langen Abkühlzeiten und zu einer enormen Einschränkung des für die Funkenstrecke zur Verfügung stehenden Raums. Alle diese Nachteile begrenzen letztendlich die Leistungsfähigkeit der Funkenstrecke.

Dann, wenn zur Verbesserung bestimmter Parameter einer Funkenstrecke eine zusätzliche Abgabe von Hartgas erfolgt, entsteht ein hoher Energieumsatz, der neben der thermischen Belastung zu einer weiteren Erhöhung bzw. einer dynamischen Druckbelastung sowohl bei Impuls- als auch bei Folgeströmen führt.

In der DE 101 64 025 A1 ist eine gekapselte triggerbare Funkenstrecke gezeigt, welche nach dem Radax-Flow-Prinzip arbeitet. Bei dieser Lösung des Standes der Technik wird das vorhandene quaderförmige Gehäuse der Funkenstrecke zur Kühlung der heißen Gase verwendet. Die Zuführung zur Triggerelektrode erfolgt durch die Isolationsteile der zweiten, gegenüber dem Gehäuse isolierten Hauptelektrode. Eine derartige Variante ist aufgrund der geometrischen Ausführungsform des Gehäuses sehr aufwendig und schränkt den Platz des aktiven Lichtbogenbereichs gegenüber dem Bereich zur Abkühlung der Gase erheblich ein.

Die vorstehend kurz gewürdigten Lösungen des Standes der Technik umfassen blitzstromtragfähige Niederspannungs-Luftfunkenstrecken, welche aufgrund ihres konstruktiven Aufbaus eine an sich hohe Druckfestigkeit besitzen.

In der EP 0 305 077 A1 wird eine Funkenstrecke geringerer Leistungsfähigkeit vorgestellt, bei welcher eine Triggerelektrode durch den aus Isolationsmaterial bestehenden Außenmantel einer Funkenstrecke hindurchgeführt wird. Diese, nicht blitzstromtragfähige Funkenstrecke besitzt geringe Hauptelektrodenabstände und keine Mittel zur Erhöhung der Lichtbogenspannung. Der Leistungsumsatz und damit die einhergehende thermische und dynamische Belastung dieser Funkenstrecke des Standes der Technik ist unzureichend. Für den Einsatz in Niederspannungsnetzen ist eine derartige Funkenstrecke ungeeignet. Die dynamische Belastbarkeit des dortigen Gehäuses und der Durchführung der Triggerelektrode ist ebenfalls gering.

Zum Stand der Technik sei noch auf die DE 198 45 889 A1 verwiesen, die eine Funkenstreckenanordnung zeigt, welche gekapselt und druckfest ausgeführt ist und die beabstandet gegenüberliegende Hauptelektroden mit einem metallischen Außengehäuse aufweist. Dieser Stand der Technik verweist auch auf Gas- oder Plasmaabkühlräume, wobei eine der Hauptelektroden als hohlzylindrische Ausblaselektrode ausgeführt ist, die in die Abkühlräume hineinreicht.

Mäanderförmige Kühlkanäle sind beispielsweise aus der DE 29 34 237 A1 gemäß der dortigen Überspannungsableiteranordnung vorbekannt. Schraubenförmige Kühlkanäle in aus koaxial angeordneten becherförmigen Gehäuseteilen zusammengesetzten Funkenstrecken sind der DE 20 2004 020 260 U1 oder der DE 103 38 835 A1 entnehmbar, die beide Überspannungsschutzeinrichtungen zeigen.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte, gekapselte, druckfest ausgeführte, nicht hermetisch dichte, rotationssymmetrische Hochleistungsfunkenstrecke mit zwei beabstandet gegenüberliegenden Hauptelektroden, einem metallischen Außengehäuse, mindestens einer Triggerelektrode, einem vom Außengehäuse umgebenen Gas- oder Plasma-Abkühlraum sowie bevorzugt stirnseitig angeordneten elektrischen Anschlußkontakten für die Hauptelektroden anzugeben, wobei die Funkenstrecke im Vergleich zum Bekannten eine nahezu verdoppelte Stoßstromtragfähigkeit bei einer dennoch einfachen, technologisch beherrschbaren Konstruktion gewährleisten soll und die eine gute und schnelle Kühlung heißer Gase bewirkt.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Funkenstrecke gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

Die wesentlichsten Komponenten der vorgestellten Hochleistungsfunkenstrecke bestehen in einer effektiven Kühlung der heißen Gase in einem mäanderförmigen Abkühlkanal mit gestaffelt angebrachten Entlüftungsöffnungen, in einer druckfesten Ausführungsform der aktiven Komponenten innerhalb der Funkenstrecke sowie einer druckfesten, in sich gekapselten Ausführung des Zwischen- und Abkühlraums innerhalb des Außengehäuses.

Weiterhin erfindungsgemäß ist eine isolierte, radiale Einführung des Triggerpotentials.

Der Abkühlraum der Hochleistungsfunkenstrecke gemäß der Erfindung besteht aus einer koaxialen Anordnung eines inneren und eines äußeren metallischen Bechers, wobei eine der Hauptelektroden als hohlzylindrische Ausblaselektrode ausgebildet ist und zu einem großen Teil in den inneren Becher der koaxialen Anordnung hineinreicht.

An der offenen Seite der Becheranordnung ist ein die Ausblaselektrode seitlich umgreifender Stützring vorgesehen. Der Stützring ist druckfest, bevorzugt kraft- und/oder formschlüssig mit dem äußeren Becher, beispielsweise durch eine entsprechende Gewindepaarung verbunden.

Der äußere Becher der koaxialen Anordnung besitzt seitliche Bohrungen als Gasaustrittsöffnungen. Zwischen dem inneren und dem äußeren Becher der koaxialen Anordnung ist mindestens ein Gaskühlkanal vorgesehen. Ein weiterer Gaskühlkanal ist zwischen der Außenwandung des äußeren Bechers und der Innenwandung des Außengehäuse befindlich. Dieser Gaskühlkanal weist spaltartige, d.h. kleinere Abmessungen als der erste Gaskühlkanal auf.

Gemäß der Aufgabenstellung der Erfindung soll die Hochleistungsfunkenstrecke eine höhere Impulsbelastung bzw. eine stärkere Strombegrenzung ermöglichen mit der Folge, daß mehr Energie in der Funkenstrecke umgesetzt wird, wodurch eine größere Menge erwärmtes Gas bzw. Plasma entsteht.

Um ein Ausleuchten bei gegebenen Volumenverhältnissen zu vermeiden, muß daher eine stärkere Kühlung und Entspannung des Gases realisiert werden. Dies erfolgt durch die vorstehend beschriebene koaxiale Anordnung, d.h. durch längere Wege und intensivere Berührung bzw. intensiveres Inkontaktkommen der Gase mit kühlem Material. Diese kühle Material weist eine große Wärmekapazität, eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Schmelzpunkt auf.

Neben der stärkeren Abkühlung beherrscht die vorgestellte Funkenstrecke auch den erhöhten Abbrand, und zwar ohne daß Abbrandpartikel die vorhandenen Entlüftungskanäle vollständig verschließen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung geht der mäanderförmige Abkühlkanal allmählich von relativ großen, diffusen Querschnitten auf engere Querschnitte über. Dies bewirkt, daß das geschmolzene Material den Abkühlkanal nicht vollständig zusetzen kann. Im weiteren Verlauf des oder der Abkühlkanäle werden bewußt Bereiche geschaffen, in denen sich bereits erstarrtes Material problemlos für die Entlüftung ablagern kann.

Die Entlüftungsöffnungen, welche gestaffelt im Abkühlkanal angeordnet sind, weisen zunächst kleine Querschnitte auf, um den Austritt von leuchtendem Gas und Schmelzpartikeln zu vermeiden, und nehmen erst im Verlauf der weiteren Erstreckung des Abkühlkanals an Querschnitt zu, wodurch die Strömung und die Entspannung im gesamten Abkühlkanal genutzt werden kann.

Durch diese Maßnahmen wird ein Zusetzen von einzelnen Entlüftungsöffnungen im Anfangsbereich des Abkühlkanals kompensiert.

Ausgestaltend besitzt die erfindungsgemäße Ausblaselektrode an ihrer zur Gegenelektrode weisenden Oberseite einen Ringflansch, an welchem der eine komplementäre Stufung aufweisende Stützring anliegt. Die Unterseite der Ausblaselektrode ist geschlossen, weist jedoch seitliche Gasaustrittsöffnungen auf, wobei die Unterseite ergänzend einen in Elektrodenlängsrichtung orientierten Führungsfortsatz besitzt, welcher in eine komplementäre Aussparung im inneren Becher eingreift.

Im Bereich der Unterseite der Ausblaselektrode ist zwischen dem inneren Becher und dem Führungsfortsatz mindestens ein bereits erwähnter Gaskühlkanal befindlich, welcher in eine Gewindeöffnung des inneren Bechers, die einen Anschlußkontakt bildet, hineinreicht.

Jeder Becher der koaxialen Anordnung besitzt einen Kreisringstutzen, wobei der Kreisringstutzen des inneren Bechers im Kreisringstutzen des äußeren Bechers gelagert wird.

Im Bereich des Kreisringstutzens des äußeren Bechers ist das Außengehäuse formschlüssig anliegend ausgebildet, und zwar beispielsweise durch einen Umbördelungsschritt.

Die druckfeste Verbindung der koaxialen Anordnung inklusive Stützring und Ausblaselektrode wird unter Beachtung der vorstehend erläuterten Konstruktion durch Kraft- und/oder Formschluß, insbesondere durch Verschraubung realisiert.

Zwischen den Hauptelektroden ist eine Hülse oder eine Scheibe aus einem gasabgebenden Material, z.B. POM angeordnet, wobei der Stützring die Hülse oder Scheibe aus diesem gasabgebenden Material mindestens teilweise außenumfangsseitig umgreift.

Das gasabgebende Material besitzt die Funktion der radialen Beblasung des Lichtbogens. Diese wird zur Begrenzung des Folgestroms durch Kühlung und Verlängerung des Lichtbogens genutzt. Die Lösung unter Rückgriff auf den erläuterten Stützring gewährleistet eine Beherrschung der Folgen hoher Impulsströme. Dabei kann der Stützring elektrisch leitend oder isolierend ausgeführt sein. Maßgeblich ist die sich ergebende innere Stabilisierung der Baugruppen der Funkenstrecke, und zwar durch eine gleichmäßigere Verteilung der Belastung einerseits und andererseits durch eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften insgesamt.

Bei Lösungen des Standes der Technik wirkt der Druck, welcher sich im Entspannungsbereich der heißen Gase innerhalb der Funkenstrecke aufbaut, unmittelbar auf den Bereich der aktiven gasabgebenden Bauteile zurück. Dies erfolgt einerseits direkt durch Gase, welche über Spalte von Stapelteilen dringen können, und andererseits indirekt über die Beweglichkeit der einzelnen Funkenstreckenteile unter- bzw. gegeneinander. Eine solche Bewegung ist insbesondere dann kritisch, wenn die Gasabgabe nicht gleichmäßig und allseitig in den Entspannungsbereich erfolgt, da dies zu einer ungleichmäßigen Druckbelastung und somit zu Kerbwirkungen und Beschädigungen einzelner Teile führen kann.

Durch die erfindungsgemäße beispielhafte Verschraubung von Teilen des Entspannungsraums mit der unteren Hauptelektrode wird ein in sich druckfester Abkühlraum geschaffen. Diese Lösung bewirkt eine gleichmäßige Verteilung der Druck- bzw. Kraftwirkung auf die aktiven gasabgebenden Komponenten und vermeidet auch eine direkte Gasströmung zwischen dem Abkühlraum und den aktiven Teilen bzw. dem Lichtbogenbrennraum und dem Abkühlraum.

An der von der Ausblaselektrode abgewandten Seite der Hülse oder Scheibe aus gasabgebendem Material ist eine Triggerisolationshülse angeordnet, welcher eine Triggerscheibe aus leitfähigem Material folgt. Diese Triggerscheibe aus leitfähigem Material ist radial von einem Kontaktierungsring bzw. einer Kontaktierungshülse umgeben.

Oberhalb der Triggerscheibe mit Kontaktierungsring ist ein stulpförmiger Isolierkörper befindlich, welcher eine elektrische Isolation der Triggermittel zum Außengehäuse der Funkenstrecke sowie zur Hauptelektrode sicherstellt.

Der Kontaktierungsring der Triggereinrichtung kann über ein gezieltes radiales Anbohren des Außengehäuses mit Durchdringung des dahinter befindlichen Isolierkörpers freigelegt und elektrisch angeschlossen werden. Die Triggerscheibe aus leitfähigem Material reicht mit ihrer Innenbohrungsseite bis an den Lichtbogenbrennraum heran bzw. in diesen hinein, so daß ein sicheres Zündverhalten der Funkenstrecke gewährleistet ist.

Die der Ausblaselektrode gegenüberliegende weitere Hauptelektrode ist als bevorzugt vollvolumige Scheibe mit einem Führungsfortsatz ausgebildet. Der Führungsfortsatz weist eine Gewindebohrung zur Anschlußkontaktierung auf.

Im Scheibenmittelpunkt der weiteren Hauptelektrode ist ein Zapfenteil aus besonders abbrandfestem Material, z.B. Wolframkupfer befindlich. Dieses Zapfenteil kann z.B. durch Löten mit der Scheibe der weiteren Hauptelektrode verbunden sein. Die Anordnung aus Isolierkörper mit darüber befindlicher Hauptelektrode in Scheibenform mit Führungsfortsatz ist so gewählt, daß die Durchgangsöffnung des Isolierkörpers abgestimmt ist auf den Außendurchmesser des Zapfenteils, so daß ein Abbrand nur im Bereich des Zapfenteils stattfindet.

Ein weiterer stulpförmiger Isolierkörper ist auf den Führungsfortsatz der Hauptelektrode als Scheibe mit Führungsfortsatz aufgesetzt, wobei der Isolierkörper die Scheibe der Hauptelektrode in einer bevorzugten Variante auch seitlich umgibt.

Zwischen der Scheiben-Hauptelektrode und dem Isolierkörper ist eine Dichtung, insbesondere ein Dichtring angeordnet.

Die erfindungsgemäße Hochleistungsfunkenstrecke in rotationssymmetrischer Ausführungsform ist ausgehend von der koaxialen Anordnung der Becher mit Ausblaselektrode und verschraubtem Stützring quasi stapelförmig aufgebaut, wobei das zunächst nur einseitig umgebördelte hohlzylindrische Außengehäuse die Stapelanordnung aufnimmt. Durch das Umbördeln an der noch offenen Seite erfolgt ein Verpressen und mechanisches Inkontaktbringen der einzelnen vormontierten Komponenten der Stapelanordnung der Funkenstrecke mit einer sich insgesamt ergebenden sehr hohen mechanischen Stabilität und damit einhergehenden Belastbarkeit.

Die isolierte Einführung der Zuführung zur Triggerelektrode schafft größeren Bauraum für den Bereich zur Abkühlung der heißen Gase. Auch verbessert sich die Situation gegenüber Verunreinigungen beim Abbrand, wodurch die Zündsicherheit selbst bei leichter Beschädigung oder bei Verschmutzungen von notwendigen Isolationsteilen erhalten bleibt. Es sei an dieser Stelle jedoch angemerkt, daß auf die radiale Zuführung der Triggerspannung auch verzichtet werden kann und hier der Einsatz bzw. die Verwendung einer unmittelbaren, sogenannten Manteltriggerung erhalten bleibt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Hochleistungsfunkenstrecke mit in sich druckfestem Abkühlraum und

2 eine Explosionsdarstellung der einzelnen Komponenten mit erkennbarer stapelförmiger Anordnung beim Zusammenbau der Funkenstrecke.

Bei der Funkenstrecke nach 1 befindet sich innerhalb eines Außengehäuses 1 die Anordnung aktiver und passiver Komponenten.

Zunächst ist zur Bildung des druckfesten Abkühlraums ein innerer Becher 14 vorgesehen, welcher von einem äußeren Becher 15 unter Abstand zum Erhalt eines Gaskühlkanals 17 umgeben ist.

In das Innere des Raums des Bechers 14 reicht eine der Hauptelektroden hinein, die als hohlzylindrische Ausblaselektrode 3 realisiert ist.

An der offenen Seite der Becheranordnung ist ein die Ausblaselektrode 3 seitlich umgreifender Stützring 12 vorgesehen. Der Stützring 12 weist ein Außengewinde (siehe 2) auf, welches mit einem Innengewinde im äußeren Becher 15 korrespondiert.

Im äußeren Becher 15 sind seitliche Gasaustrittsöffnungen 16 vorhanden, wobei zwischen dem inneren und dem äußeren Becher 14, 15 mindestens der vorerwähnte Gaskühlkanal 17 ausgebildet ist, sowie zwischen der Außenwandung des äußern Bechers 15 und der Innenwandung des Außengehäuses 1 ein weiterer, allerdings spaltartiger Gaskühlkanal 18 befindlich ist.

Die Ausblaselektrode 3 besitzt an ihrer zur Gegenelektrode 2 weisenden Oberseite einen Ringflansch 13, an welchem der eine komplementäre Stufung aufweisende Stützring 12 anliegt.

Die Unterseite der Ausblaselektrode 3 ist geschlossen, weist jedoch seitliche Gasaustrittsöffnungen 19 auf.

Die Unterseite der Ausblaselektrode 3 besitzt weiterhin einen Führungsfortsatz 20, welcher in eine komplementäre Aussparung 21 im inneren Becher 14 eingreift.

Im Bereich der Unterseite der Ausblaselektrode 3, zwischen dem inneren Becher und dem Führungsfortsatz 20, ist mindestens wiederum ein Gaskühlkanal 22 befindlich, welcher in eine Gewindeöffnung 23 des inneren Bechers 14 hineinreicht. Diese Gewindeöffnung 23 bildet ein Element des Anschlußkontakts 24, z.B. eines Schraubkontakts.

Jeder der vorerwähnten Becher 14, 15 der koaxialen Anordnung besitzt einen Kreisringstutzen 25; 26, wobei der Kreisringstutzen 25 des inneren Bechers 14 im durchmesserangepaßten Kreisringstutzen 26 des äußeren Bechers 15 gelagert ist und im Bereich des Kreisringstutzens 26 des äußeren Bechers 15 das Außengehäuse 1 formschlüssig anliegt. Der Formschluß wird hier durch eine Umbördelung in einem Preß-Umformvorgang erreicht.

Aus der Längsschnittdarstellung nach 1 ist ersichtlich, daß der Querschnitt der Gaskühlkanäle von innen nach außen abnimmt mit der Folge, daß Ablagerungen im Anfangsbereich der Kanalanordnung bezogen auf das Strömungs- und Kühlverhalten unschädlich sind. Dadurch, daß mehrere Druckausgleichsverbindungen zur atmosphärischen Umgebung bestehen, ist auch ein eventuelles Verstopfen einer der diesbezüglichen Öffnungen unproblematisch. Eine solche Öffnung zur Umgebungsatmosphäre hin kann im Bereich der Umbördelung ausgebildet sein oder über die Kanäle 22 am Führungsfortsatz 2 vorbeigehend über die Gewindeöffnung 23 mit Gewindepaarung einer dort eingebrachten Schraube realisiert werden.

Zwischen den Hauptelektroden 2 und 3 ist eine Hülse oder Scheibe 4 aus einem gasabgebenden Material, z.B. POM angeordnet, so daß sich im Fall des Zündens des Lichtbogens eine radiale Beblasung desselben einstellt.

Der Stützring 12 umgreift hierbei die Hülse oder Scheibe 4 aus gasabgebendem Material mindestens teilweise außenumfangsseitig und stabilisiert diese.

An der von der Ausblaselektrode 3 abgewandten Seite der Hülse oder Scheibe 4 aus gasabgebendem Material ist eine Triggerisolationsscheibe 5 angeordnet. Dieser einen gestuften Querschnitt aufweisende Triggerisolationshülse 5 folgt eine Triggerscheibe 6 aus leitfähigem Material. Die kreisringförmige Triggerscheibe 6 ist radial von einem Kontaktierungsring 7, bestehend aus einem leitfähigen Material, umgeben.

Oberhalb der Triggerscheibe 6 mit Kontaktierungsring 7 ist ein stulpförmiger weiterer Isolierkörper 8 befindlich, welcher eine elektrische Isolation der Triggermittel 6 und 7 zum Außengehäuse 1 sowie hin zur Hauptelektrode 2 gewährleistet.

Die der Ausblaselektrode 3 gegenüberliegende, weitere Hauptelektrode 2 ist in Form einer Scheibe 27 mit Führungsfortsatz 28 ausgebildet.

Der Führungsfortsatz 28 weist eine Gewindebohrung 29 zur Anschlußkontaktierung auf.

Im Mittelpunkt der Scheibe 27 ist ein Zapfenteil 9 aus besonders abbrandfestem Material, z.B. Wolframkupfer befindlich.

Ein ebenfalls stulpförmiger Isolierkörper 11 ist auf den Führungsfortsatz 28 der weiteren Hauptelektrode 2 aufgesetzt, wobei dieser Isolierkörper 11 die Scheibe 27 der Hauptelektrode 2 gemäß Ausführungsform nach 1 seitlich umgibt.

Zwischen der Scheiben-Hauptelektrode 2 und dem Isolierkörper 11 ist eine Dichtung 10 insbesondere in Form eines Dichtrings angeordnet. Im Gegensatz zur durchgehenden Gewindeöffnung 23 des inneren Bechers 14 ist die Gewindebohrung 29 als Sacklochbohrung realisiert, so daß eine Gasdichtheit nur dort gegeben ist.

Zur elektrischen Kontaktierung der Triggerscheibe 6 besteht die Möglichkeit, ein gezieltes radiales Anbohren des Außengehäuses 1 vorzunehmen, und zwar mit Durchdringung des dahinter befindlichen Isolierkörpers 8 und einem teilweisen Freilegen des Kontaktierungsrings 7.

Bei einer beispielhaften Länge der Funkenstrecke, gemessen von den Umbördelungsaußenkanten des Gehäuses 1 von etwa 40 mm beträgt der Bohrungsdurchmesser etwa 5 bis 6 mm bei einer Bohrerspitze von 140°. Eine Gefährdung der Stabilität und Druckfestigkeit der gesamten Funkenstrecke tritt hierdurch nicht ein.

Die vorbeschriebene Hochleistungsfunkenstrecke ermöglicht eine Verdoppelung der Stoßstromtragfähigkeit von etwa 25 kA auf 50 kA bei gleichzeitigem Erhalt einer hohen Zündsicherheit und einem optimalen Gaskühlverhalten.

Die wie in 2 dargestellte verschraubte Anordnung aus Stützring 12, Ausblaselektrode 3, innerem Becher 14 und äußerem Becher 15 besitzt eine hohe Stabilität sowie eine hohe Wärmekapazität. Durch die mittels Zwischenräumen gebildeten Kühlkanäle ergibt sich weiterhin ein intensives Inkontaktkommen der Heißgase mit den bevorzugt metallischen Teilen der verschraubten Anordnung mit der Folge der vorerwähnten optimierten Kühlung und gleichzeitigen Entspannung der Gase.


Anspruch[de]
Gekapselte, druckfest ausgeführte, nicht hermetisch dichte, rotationssymmetrische Hochleistungsfunkenstrecke mit zwei beabstandet gegenüberliegenden Hauptelektroden (2; 3), einem metallischen Außengehäuse (1), mindestens einer Triggerelektrode (6; 7), einem vom Außengehäuse (1) umgebenen Gas- oder Plasma-Abkühlraum sowie bevorzugt stirnseitig angeordneten elektrischen Anschlußkontakten (23; 29) für die Hauptelektroden (2; 3),

wobei

– der Abkühlraum aus einer koaxialen Anordnung eines inneren (14) und eines äußeren (15) Bechers besteht, wobei eine der Hauptelektroden als hohlzylindrische Ausblaselektrode (3) ausgebildet ist und in den inneren Becher (14) hineinreicht,

weiterhin an der offenen Seite der Becheranordnung ein die Ausblaselektrode (3) seitlich umgreifender Stützring (12) vorgesehen ist und der Stützring (12) mit dem äußeren Becher (15) druckfest verbunden ist,

– der äußere Becher (15) seitliche Gasaustrittsöffnungen (16) besitzt und zwischen innerem und äußerem Becher (14; 15) mindestens ein Gaskühlkanal (17) vorgesehen ist sowie zwischen der Außenwandung des äußeren Bechers (15) und der Innenwandung des Außengehäuses (1) ein weiterer, spaltartiger Gaskühlkanal (18) befindlich ist.
Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblaselektrode (3) an ihrer zur Gegenelektrode (2) weisenden Oberseite einen Ringflansch (13) besitzt, an welchem der eine komplementäre Stufung aufweisende Stützring (12) anliegt, die Unterseite der Ausblaselektrode (3) geschlossen ist, jedoch seitliche Gasaustrittsöffnungen (19) umfaßt, wobei die Unterseite einen Führungsfortsatz (20) besitzt, welcher in eine komplementäre Aussparung (21) im inneren Becher (14) eingreift. Funkenstrecke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Unterseite der Ausblaselektrode (3), zwischen dem inneren Becher (14) und dem Führungsfortsatz (20) mindestens ein Gaskühlkanal (22) befindlich ist, welcher in eine Gewindeöffnung (23) des inneren Bechers (14), die einen Anschlußkontakt (24) bildet, hineinreicht. Funkenstrecke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Becher (14; 15) der koaxialen Anordnung einen Kreisringstutzen (25; 26) besitzt, wobei der Kreisringstutzen (25) des inneren Bechers (14) im Kreisringstutzen (26) des äußeren Bechers (15) gelagert ist und im Bereich des Kreisringstutzens (26) des äußeren Bechers (15) das Außengehäuse (1) formschlüssig anliegt. Funkenstrecke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die druckfeste Verbindung der koaxialen Anordnung (14; 15) inklusive Stützring (12) und Ausblaselektrode (3) durch Kraft- und/oder Formschluß, insbesondere durch Verschraubung realisiert ist. Funkenstrecke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Hauptelektroden (2; 3) eine Hülse oder Scheibe (4) aus einem gasabgebenden Material angeordnet ist, wobei der Stützring (12) die Hülse oder Scheibe (4) mindestens teilweise außenumfangsseitig umgreift. Funkenstrecke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der von der Ausblaselektrode (3) abgewandten Seite der Hülse oder Scheibe (4) aus gasabgebendem Material eine Triggerisolationshülse (5) angeordnet ist, welcher eine Triggerscheibe (6) aus leitfähigem Material folgt und die Triggerscheibe (6) radial von einem Kontaktierungsring umgeben ist. Funkenstrecke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Triggerscheibe (6) mit Kontaktierungsring (7) übergestülpter Isolierkörper (8) vorgesehen ist, welcher eine elektrische Isolation der Triggermittel (6; 7) zum Außengehäuse (1) sowie zur Hauptelektrode (2) sicherstellt. Funkenstrecke nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ausblaselektrode (3) gegenüberliegende weitere Hauptelektrode (2) als Scheibe (27) mit Führungsfortsatz (28) ausgebildet ist, der Führungsfortsatz (28) eine Gewindebohrung (29) zur Anschlußkontaktierung aufweist und im Scheibenmittelpunkt ein Zapfenteil (9) aus besonders abbrandfestem Material befindlich ist. Funkenstrecke nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Führungsfortsatz (28) der weiteren Hauptelektrode (2) übergestülpter weiterer Isolierkörper vorgesehen ist, wobei der Isolierkörper (11) die Scheibe (27) der Hauptelektrode (2) auch seitlich umgibt. Funkenstrecke nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Scheiben-Hauptelektrode (2) und dem Isolierkörper (11) eine Dichtung (10), insbesondere ein Dichtring angeordnet ist. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktierungsring (7) der Triggereinrichtung über ein gezieltes radiales Anbohren des Außengehäuses (1) mit Durchdringung des dahinter befindlichen Isolierkörpers (8) freilegbar ist.






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