DE1763559B2 - Funkenstrecke mit drei elektroden fuer starke hochspannungsstroeme - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenstrecke Tit mindestens einer Zündelektrode und mit zwei lauptelektroden, die einen Stromkreis schließen, der on einem Hochspannungsgenerator gespeist wird und ι dem sehr hohe Stromstärken auftreten, wobei als lauptelektroden ei.e zylindrische Anode und eine vathodc in Gestalt eines zylindrischen Ringes, welcher ie Anode umfaßt und mit dieser koaxial verläuft, orhsnden ist.

In den Fällen, in denen man z. B. einen unter hoher Spannung aufgeladenen Kondensator mit sehr hoher Stromstärke in einen Stromkreis entladen will, wobei die Entladung schlagartig erfolgen soll, bedient man sich meist zum Schließen des Stromkreises einer Funkenstrecke.

Durch die US-PS 25 81 970 ist eine Funkenstrecke der eingangs genannten Art bekannt, bei der sich Kathode und Anode in koaxialer, zylindrischer Anordnung gegenüberstehen und die beiden Elektroden als torusförmigc. zylindrische Ringe ausgebildet sind. Parallel zur Zylinderachse der beiden Elektroden wird ein magnetisches Feld erzeugt, wodurch die Funkenentladung während der Entladung längs den Zylinderwandüngen der Elektroden rotiert und somit ein örtliches Überhitzen einer Stelle der Elektroden vermieden wird. Die Elektroden sind in einer solchen F.ntfcrnung zueinander angeordnet, daß das zwischen ihnen bestehende Feld unterhalb der Durchschlagschwelle verbleibt, d.h. bei Anlegen der umzuwandelnden Spannung /wischen Elektroden kommt es zwisclun denselben /u keiner Funkenbildung. Eine dritte, sogenannte Zündelektrode, die nahe an einer Hauptelektrode angeordnet ist. wird unter Hochspannung gesetzt. Dadurch entsteht /wischen der Zündelektrode und cner der beiden Hauptelektroden ein Funke, der seinerseits eine Elektronenwolke erzeugt, welche die Dun'rischlagschwelle herabsetzt, d. h. die kritische Schwelle bei der ein Funke entsteht; nunmehr erfolgt die Zündung der elektrischen Entladung zwischen Anode und Kathode. Bei der Mehrzahl der bekannten Funkenstrecken verwendet man entweder halbkugelige Elektroden oder cbuic Platten b/w. Plattenstapei (»Butterworth's Scientific Piiblii.ition«, London 1954. S. 180, Abb. 17 3).

Jedoch /eigen solche Funkensirecken häufig keine ausreichend solide Kunstruktion, deren es zur Festigkeit gegenüber den >ehr hohen Stromstärken bedarf.

Die Funkenstrecke gemäß der US-PS 25 81970 besitzt gegenüber den vorgenannten Funkenstrecke!! eine größere mechanische Festigkeil, die jedoch bei sehr hohen Stromstärken nicht ausreichend ist. Desweiteren bewirkt das parallel .iur Zylinderachse der beidcii Elektroden angelegte magnetische Feld nicht nur eine Rotation der Funkenentladung, sondern auch eine Verlängerung bzw. ein Auseinanderziehen der Funkenentladung gegenüber einer Funkenentladung, die sich bei Entladung ohne magnetischem Feld einstellen würde. Durch die Rotation der Funkenentladung erfolgt eine Ausbreitung der lonisationszone im wesentlicher nur in einer Richtung und zwar in der Rotationsrichtung dei Funkenentladung, weshalb die Ausbreitung der lonisationszone langsamer erfolgt als bei einer Funkenentladung ohne magnetisches Feld.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funkenstrecke der eingangs genannten Art zu schaffen die eine schnelle Ausbreitung der lonisationszone unter Erhöhen der Stabilität der Entladung ermöglicht, wöbe insbesondere eine erhöhte mechanische Festigkeil erreicht werden soll.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daC erfindungsgemäß an der Innenwand dieses zylindrischen Rings entlang der Mantelleitlinien radiale Ripper angeordnet sind, die als Trennwände ausgebildet sine und deren jede nach innen in einer quer zu ihi angeordneten Platte endet, daß jede Zündelektrode jeweils in einem Raum angeordnet ist, welcher von zwe Radialebenen begrenzt wird, welch letztere durch die

Kanten zweier benachbarter Platten einerseits und durch das zugehörige Ringsegment der Kathode zwischen diesen Ebenen andererseits hindurchgehen.

Der hervorstechende Vorteil drr Funkenstrecke gemäß vorliegender Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik besteht darin, daß diese eine erhöhte mechanische Festigkeit und eine bessere Stabilität der Entladung aufweist. Aufgrund der Mehrzahl der Zündstellcn wird ein schnelles A'isbreitcn der lonisationszone begünstigt, weshalb die erfinduiigsgemäße Funkenstrecke eine bessere Stabilität der Funkenentladung aufweist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Vorliegende Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I schematisch eine Funkenstrecke mit drei Elektroden, die in einen Stromkreis eingefügt ist,

Fig. 2 schematisch eine perspektivische Ansieht einer Funkenstrecke nach der Erfindung;

F i g. 3 eine Ansicht der Funkenstrecke aus I ι g. 2 mit deren i3etriebsvorriehtung;

Fig. 4 einen Längsschnitt eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 3 mit einer dreifach gelagerten Elektrode.

Bezüglich Fig 1, in der schematisch ein allgemeiner Bctriebssiromkrcis für eine Dreielektroden-Funkstrekke gezeigt ist, ist festzustellen, daß dieser Stromkreis einen Hochspannungsgenerator dm umfaßt, der einen Kondensator (auflädt, ferner einen Widerstand R, eine Funkenstrecke mil drei Elektroden H, deren beiden Hauptelektroden />, und p? durch den Kondensator C mit Hochspannung gespeist v/erden, sowie die Zündelektrode ;(, welche einen Spanntingsstoß aus der Stromquelle I enthält. Die Funkenstrecke /:'steuert den Betrieb einer elektrischen Anlage A, die /um Beispiel aus einem seismischen Funkgerät bestehen kann.

Die Elektroden />ι und />.· sind in einem Abstand angeordnet, der etwas größer ist als die Durchschlagstrecke, so daß keinerlei direkte F'unkenentwicklung /wischen ihnen möglich ist. Bei Aufladung des Kondensators ("kommt es daher nicht /ti einer direkten Funkenbildung zwischen p· und />_>; wird jedoch auf die Elektrode ;ι ein Stromstoß gegeben, so entsteht ein Funke /wischen der Zündelektrode a und einer der beiden Elektroden pt oder p>, wobei dieser Funke den Raum, in dem er entsteht, ionisiert und ihn leitend macht, wodurch der Durchgang eines sehr starken Stroms zwischen den beiden Elektroden p\, P2 ermöglicht und unmittelbar der Betrieb des Instruments A bewirkt wird.

In F i g. 2, in welcher ein Beispiel der Standardausführung einer Funkenstrecke nach der Erfindung gezeigt ist. wird diese Funkenstrecke im einzelnen beschrieben. Die Anode 1 besteht aus einem gut leitenden Metall/ylinder. Die Zyiinderwandung ist mit Metall hohen Schmelzpunkts plattiert, etwa mit einer Wolf ramplattierung versehen. Die Kathode 3 besitzt die Form eines Zylinderrings 4. der ungefähr die gleiche Länge hat, wie die Anode und der diese umgibt, wobei ' deren Achsen gleich sind. An seiner Innenwand sind in gleichförmigen Abständen radiale Rippen angebracht: diese haben die Form von Zwischenwänden 5, die an dem Zylinderring 4 längs dessen Mantelleitlinien angebracht sind und deren jede eine Platte 6 an ihrem Ende trägt. Die Innenfläche dieser Platte ist so gewölbt, daß daraus ein Zylinderieil entsteht, der auf die Symmetrieachse des Systems ausgerichtet ist. Der Abstand derselben ist etwa gleich ihrer Breite. Diese Fläche ist mit einem hitzebeständigen Metall, /um Beispiel Wolfram, plattiert. Die gesamte Kathode ist aus gut leitendem Metall hergestellt.

Die Auslöse bzw. Zündelektrode!) 2 bestehen aus Wolframstäbchen von 2 bis 3 mm Durchmesser tmd etwa gleicher Länge wie die Anode und Kathode. Sie sind jeweils in dem Raum angeordnet, der von den beiden Radialebenen begrenzt wird, welche durch die Kanten 6.7 der beiden Platten 6 benachbarter Lage einerseits und durch die Ringsegmente 4a der Kathode zwischen diesen Radialebenen andererseits hindurchgehen. Sie sind insbesondere in dem Raum angeordnet, der von diesen Ringsegmenten begrenzt wird, einschließlich der genannten Radialebenen und der Platten 6, und zwar in der Richtung der Mantelleitlinien eines Zylinders, dessen Achse mit der Geräteachse zusammenfällt.

Die elektrische Verbindung der Anode wiro axial zu derselben mittels eines Kabels 7 (F i g. 3) hergestellt, das mit einer der Klemmen einer mit sehr hoher Spannung geladenen Kapazität (nicht dargestellt) verbunden ist.

Die elektrische Verbindung der Kathode geschieht mittels einer Schale 8, deren zylindrische Innenwand mit der Außenwand der Kathode in Kontakt Mehl. Die Schale besteht aus gut leitendem Metall von ausreichen der Stärke, um eine gute Verteilung der Stromlinien aus dem Verbindungskabcl über den ganzen Kathoclenumfang /u sichern. Ein Kabel 9 verbindet die Schale mn der anderen Kapa/itätsklemme.

Die Stäbi hen 2, welche die Zündelektrode bilden, werden von zwei Scheiben 10 aus isolierendem Material getragen, die beiderseits der Funkenstrecke angeordnet und tinrch Zwischenstücke auf Abstand gehalten sind. Zur deutlicheren Darstellung ist in I- i g. 3 nur eine dieser Scheiben gezeigt. Die Elektroden 2 sind jeweils mit einem Kabel 11 verbunden, das sie im: einem sehr starken Strom versorgt. Die Anode I wird von einer Welle 12 getragen, die an jedem Ende in einem isolierenden Lager 13 befestigt ist. Die Kathode 3 isi in der Schale 8 gelagert, die ihrerseits auf den isolierenden Trägern 14 ruht. Die Isolierscheiben 10. welche die Zündelektroden 2 tragen, sind mit der Anodenwelle 12 konzentrisch angeordnet.

Die Betriebsweise des vorstehend beschriebenen Funkengeräls wird im folgenden beschrieben:

Der Speisestrom wird zwischen Anode 1 und Kathode 3 der Funkenstrecke mit seiner Spannung in dem Augenblick aufgebracht, in dem durch die Kabel 7und 9 ein heftiger Stromstoß aus einer Kondensatorenentladting zugeleitet wird.

|ede der Zündelektroden 2 wird für sich, und /war synchron, mit einem Spannungsstoß aus Kabel 11 erregt. Es entsteht dann ein Leitfunke auf der F.bene jeder Zündelektrode /wischen derselben und der Anode oder der Kathode, wobei in jedem Fall der Funkenraum ionisiert wird. Diese einzelnen lonisierungspunkte bewirken eine Herabsetzung des Durchschlagpotentials; ein Lichtbogen entspringt zwischen der Platte 6 unter jedem Sektor der Kathode 3 und der Anode 1. Der Lichtbogen löst sich auf, wenn das Potential unter den sehr niedrigen l.öschspiegel fällt, d.h. zu Ende der Entladung des Kondensators.

Eine besondere Anordnung der Anode 1 wird — lediglich beispielsweise — in F i g. J dargestellt.

Die Anode 1 besteht in diesem Sonderfall aus einem Zylinder mit mehreren Lagern la, ib, Ic verschiedener Durchmesser, wobei der Zvlinder eniiani' Hnr WcMp i?

durch einen Hebel 15 gleitend bewegt werden kann: seine Stellung auf der Welle kann /. 15. mittels einer Klinkenvorrichtung vorgewählt werden. Die l.iingc jedes der Lager entspricht im allgemeinen der Lange der Segmente 5 der Kathode. Die Ucrührungs/onen /wischen den einzelnen Lagern haben vorzugsweise konische Rirm und im allgemeinen keine besonders ausgebildeten Kanten, um ein zu plötzliches Zünden des Funkens beim Übergang von einem Lager zum anderen zu vermeiden.

Jedem Lager entspricht eine andere Anoden-Kalho-(k-nentfernung t/l, i/2, <ß (I i g. 4); es ist daher eine Skala verschiedener Betriebsspannungen vorhanden, wobei die geringste Entfernung Anode-Kathode dem Durch gang der geringsten Spannungen entspricht.

Mittels einer solchen Vorrichtung lassen sich leicht die Umwandlungen der Spannungsstiifen für den Betrieb der Funkenstrecke erreichen.

Man kann auch für das Gerat nach der lirfindung «'ine IJItraviolettbeleuehtung des /wischenelcktrodemaiims vorsehen, um die Stabilität der Entladung zu verbessern.

Lbenso kann man einen Cjasdruckstrom zwischen die Lleklroden leiten, so dal.! der Potentialen! der Durchschiagshöhe für den FaII eines Betriebs mit größerer I unkenhäufigkeii konstant gehalten wird.

Schließlich kann man die Funkenstrecke auch in einen Kaum setzen, in dem ein Inertgas unter Druck gehalten wird.

Die I iinkensireeke gemäß vorliegender Lrfindung und deren Ausgestaltungen zeigt zahlreiche Vorteile:

Die Konslruktionsweise ist trotz erhöhter mechanischer Festigkeil gegen die beim Zünden cnsiehenden akustischen Stoßwellen einfach.

Das (ieriil ist für einen sehr großen Spannungsbereich verwendbar. Fs genügt eine Verlängerung nach den Manlellcitliiiien od<_r eine !!rhöhung des Durchmessers bei gleichbleibender Anoden-Kathoden-Fnlfer iiung. Die Möglichkeit zur Umwandlung von Fnergien von mehr als 100 (K)O |oulc ist gegeben.

Die Mehrzahl der Zündstcllen begünstigt die Ausbreitung tier lonisationszone

Die vermehrten Innenwandungen <.\ur Kathode erhöhen die Stabilität der Fntladung bei gleichzeitiger Herabsetzung des Linwirkens von Figengeblasewirkung und der Umdrehung der Stromlinien. Dadurch wird das Loschpotential herabgesetzt.

Bekanntlich ist es im Bereich von hohen Frequenzen ratsam. Koaxialleiter zu verwenden. Die Koaxialkonsiruktion der Funkenstrecke nach der Erfindung ist daher ebenso vorteilhaft für Hochfrequenzkommutatoren.

Die Betriebsspannung dieser Funkenstrecke kann einer sehr weiten Skala angepaßt werden (bis zu 50 kV), wobei nur der Durchmesser des Anodenz.ylinders verändert zu werden braucht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Funkenstrecke mit mindestens einer Zündelektrode und mit zwei Hauptelektroden, die einen Stromkreis schließen, der von einem Hochspannungsgenerator gespeist wird und in dem sehr hohe Stromstärken auftreten, wobei als Hauptelektroden eine zylindrische Anode und eine Kathode in Gestalt eines zylindrischen Rings, welcher die Anode umfaßt und mit dieser koaxial verläuft, vorhanden ist, ι ο dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand dieses zylindrischen Rings (4) entlang der Mantelleitlinien radiale Rippen angeordnet sind, die als Trennwände (5) ausgebildet sind und deren jede nach innen in einer quer zu ihr angeordneten Platte (6) endet, daß jede Zündelektrode (2) jeweils in einem Raum angeordnet ist, welcher von zwei Radialebenen begrenzt wird, welch letztere durch die Kanten (6a) zweier benachbarter Platten (6) einerseits und durch das zugehörige Ringsegment 2» (4a) der Kathode zwischen diesen Ebenen andererseits hindurchgehen.

2. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (1), die Kathode (3) sowie die Zündelektroden (2) von ungefähr gleicher Länge sind.

3. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eleki rische Anschluß des zu schließenden Stromkreises an die Kathode (3) mittels einer mit der Kathode (3) verbundenen }o Schale (8) aus leitendem Material erfolgt, welche eine zylindrische Innenwandung in Verbindung mit der Außenwand der Kathode (3) besitzt, wobei diese Schale (8) durch ein Leitungskabel (9) mit dem zu schließenden Stromkreis verbunden ist. is

4. Funkenstrecke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (1) zu einer Längswelle (12) konzentrisch angeordnet ist, die von mindestens einem Isolierlager (13) gehalten wird, wobei die Kathode (3) mit der Anode (1) konzentrisch und außerhalb derselben von der Schale (8) gestützt ist, die auf mindestens einem isolierten Lager (13) ruht, und die Zündelektroden (2) mindestens auf einem isolierten Lager (10) befestigt sind, wobei diese Elektroden gegen die Anode (!) fixiert und mit einem Leiterkabel (11) elektrisch mit dem Zündstromkreis verbunden sind.

5. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder, aus dem die Anode (1) besteht, länger ist als der der Kathode (3) und in Längsrichtung mehrere Abschnitte aufweist (la, \b, Xc), von denen jeder einen verschiedenen Durchmesser bei etwa gleicher Länge wie der der Kathode hat, wobei der Zylinder entlang der Längswelle (12) verschiebbar ist. -,s