DE1763559C3 - Funkenstrecke mit drei Elektroden für starke Hochspannungsströme - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenstrecke mit mindestens einer Zündelektrode und mit zwei Hauptelekiiüden, die einet; 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 Ringes, welcher die Anode umfaßt und mit dieser koaxial verläuft, vorhanden 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 Slromkreises 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

ίο gegenüberstehen und die beiden Elektroden als torusförmige, zylindrische Ringe ausgebildet sind. Paiallel zur Zylinderachse der beiden Elektroden wird ein magnetisches Feld erzeugt, wodurch die Funkenentladung während der Entladung längs den Zylinderwan-

düngen der Elektroden rotiert und somit ein örtliches Überhitzen einer Stelle der Elektroden vermieden wird. Die Elektroden sind in einer solchen Entfernung zueinander angeordnet, daß das zwischen ihnen bestehende Feld unterhalb der Durchschlagschwelle verbleibt, d. h. bei Anlegen der umzuwandelnden Spannung zwischen Elektroden kommt es zwischen denselben zu keiner Funkenbildung. Eine dritte, sogenannte Zündelektrode, die nahe an einer Hauptelektrode angeordnet ist, wird unter Hochspannung

gesetzt. Dadurch entsteht zwischen der Zündelektrode und einer der beiden Hauptelektroden ein Funke, der seinerseits eine Elektronenwolke erzeugt, welche die Durchschlagschwelle 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 ebene Platten bzw. Plattenstapel (»Butterworth's Scientific Publication«, London 1954, S.

180, Abb. 173).

Jedoch zeigen solche Funkenstrecken häufig keine ausreichend solide Kunstruktion, deren es zur Festigkeit gegenüber den sehr hohen Stromstärken bedarf.

Die Funkenstrecke gemäß der US-PS 25 81970 besitzt gegenüber den vorgenannten Funkenstrecken eine größere mechanische Festigkeit, die jedoch bei sehr hohen Stromstärken nicht ausreichend ist. Desweiteren bewirkt das parallel zur Zylinderachse der beiden 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 Ionisationszone im wesentlichen nur in einer Richtung und zwar in der Rotationsrichtung der Funkenentladung, weshalb die Ausbreitung der Ionisationszone 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 untei Erhöhen der Stabilität der Entladung ermöglicht, wöbe insbesondere eine erhöhte mechanische Festigkei erreicht werdensoll.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dal erfindungsgemäß an der Innenwand dieses zylindri sehen Rings entlang der Manteiieiti'mien radiale Rippe: angeordnet sind, die als Trennwände ausgebildet sim und deren jede nach innen in einer quer zu ih angeordneten Platte endet, daß jede Zündelektrod jeweils in einem Raum angeordnet ist, welcher von zw« Radialebenen begrenzt wird, welch letztere durch di

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

Der hervorstechende Vorteil der Funkenstrecke eemäß 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 Zündstellen wird ein schnelles Ausbreiten der lonisationszone begünstigt, weshalb die erfindungsgemäße 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

pig. 1 schematisch eine Funkenstrecke mit drei Elektroden, die in einen Stromkreis eingefügt ist,

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

F i g. 3 eine Ansicht der Funkenstrecke aus F i g. 2 mit deren Betriebsvorrichtung;

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

Bezüglich Fig. 1, in der schematisch ein allgemeiner Betriebsstromkreis für eine Dreielektroden-Fur.kstrekke gezeigt ist, ist festzustellen, daß dieser Stromkreis einen Hochspannungsgenerator Gm umfaßt, der einen Kondensator C auflädt, ferner einen Widerstand R, eine Funkenstrecke mit drei Elektroden £, deren beiden Hauptelektroden pi und pi durch den Kondensator C mit Hochspannung gespeist werden, sowie die Zündelektrode a, welche einen Spannungsstoß aus der Stromquelle I enthält. Die Funkenstrecke £ steuert den Betrieb einer elektrischen Anlage A, die zum Beispiel aus einem seismischen Funkgerät bestehen kann.

Die Elektroden p\ und pi sind in einem Abstand angeordnet, der etwas größer ist als die Durchschlagstrecke, so daß keinerlei direkte Funkenentwicklung zwischen ihnen möglich ist. Bei Aufladung des Kondensators Ckommt es daher nicht zu einer direkten Funkenbildung zwischen p\ und /*>; wird jedoch auf die Elektrode a ein Stromstoß gegeben, so entsteht ein Funke zwischen der Zündelektrode a und einer der beiden Elektroden p\ oder P₂, wobei dieser Funke den Raum, in dem er entsteht, ionisiert und ihn leitend macht, wodurch der Durchgang eines sehr starken Abstand derselben ist etwa gleich ihrer Breite. Diese Flachs ist mit einem hitzebeständigen Metall, zum Beispiel Wolfram, plattiert. Die gesamte Kathode ist aus gut leitendem Metall hergestellt.

Die Auslöse- bzw. Zündelektroden 2 bestehen aus Wolframstäbchen von 2 bis 3 mm Durchmesser und 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 ίο Kanten 6a 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 '5 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 wird axial zu «J 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 steht. Die Schale besteht aus gut leitendem Metall von ausreichender Stärke, um eine gute Verteilung der Stromlinien aus dem Verbindungskabel über den ganzen Kathodenumfang zu sichern. Ein Kabel 9 verbindet die Schale mit der anderen Kapazitätsklemme.

Die Stäbchen 2, welche die Zündelektrode bilden, werden von zwei Scheiben 10 aus isolierendem Material getragen, die beiderseits der Funkenstrecke angeordnet und durch Zwischenstücke auf Abstand gehalten sind. Zur deutlicheren Darstellung ist in Fig.3 nur eine dieser Scheiben gezeigt. Die Elektroden 2 sind jeweils mit einem Kabel 11 verbunden, das sie mit einem sehr starken Strom versorgt. Die Anode 1 wird von einer Welle 12 getragen, die an jedem Ende in einem isolierenden Lager 13 befestigt ist. Die Kathode 3 ist 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 Funkengeräts 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

ermogu

^A T g 2^Win^dwe.cher ein Beispie, der Standardausfühentladung zugeleitet wird.
Jede der Zündelektroden 2

wird für sich, und zwar

durch einen Hebe! 15 gleitend bewegt werden kann; seine Stellung auf der Welle kann z. B. mittels einer Klinkenvorrichtung vorgewählt werden. Die Länge jedes der Lager entspricht im allgemeinen der Länge der Segmente 5 der Kathode. Die Berührungszonen zwischen den einzelnen Lagern haben vorzugsweise konische Form 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-Kathodenentfernung crt, dl, cÖ (F i g. 4); es ist daher eine Skala verschiedener Betriebsspannungen vorhanden, wobei die geringste Entfernung Anode-Kathode dem Durchgang der geringsten Spannungen entspricht.

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

Man kann auch für das Gerät nach der Erfindung eine Ultraviolettbeleuchtung des Zwischenelektrodenraums vorsehen, um die Stabilität der Entladung zu verbessern.

Ebenso kann man einen Gasdruckstrom zwischen die Elektroden leiten, so daß der Potentialwert der Durchschlagshöhe für den Fall eines Betriebs mit größerer Funkenhäufigkeit konstant gehalten wird.

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

Die Funkenstrecke gemäß vorliegender Erfindung und deren Ausgestaltungen zeigt zahlreiche Vorteile:

Die Konstruktionsweise ist trotz erhöhter mechanischer Festigkeit gegen die beim Zünden enstehenden akustischen Stoßwellen einfach.

Das Gerät ist für einen sehr großen Spannungsbereich verwendbar. Es genügt eine Verlängerung nach den Mantelleitlinien oder eine Erhöhung des Durchmessers bei gleichbleibender Anoden-Kathoden-Entfernung. Die Möglichkeit zur Umwandlung von Energien von mehr als 100 000 Joule ist gegeben.

Die Mehrzahl der Zündstellen begünstigt die Ausbreitung der lonisationszone

Die vermehrten Innenwandungen der Kathode ns erhöhen die Stabilität der Entladung bei gleichzeitiger Herabsetzung des Einwirkens von Eigengebläsewirkung und der Umdrehung der Stromlinien. Dadurch wird das Löschpotential herabgesetzt.

Bekanntlich ist es im Bereich von hohen Frequenzen ic ratsam, Koaxialleiter zu verwenden. Die Koaxialkonstruktion 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 Anodenzylinders verändert zu werden braucht.

Hierzu 3 Blaitt 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, 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 (Ga) zweier benachbarter Platten (6) einerseits und durch das zugehörige Ringsegment (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 elektrische Anschluß des zu schließenden Stromkreises an die Kathode (3) mittels einer mit der Kathode (3) verbundenen 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.

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 (1) 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, Xb, IcJt, von denen jeder einen verschiedenen Durchmesser bei etwa gleicher Länge wie der der Kathode hat, wobei der Zylinder entlang der Längswelle (12) verschiebbar ist.