DE3233584A1 - Elektrode fuer eine elektrische entladungsstrecke und herstellungsverfahren hierzu - Google Patents

Elektrode fuer eine elektrische entladungsstrecke und herstellungsverfahren hierzu

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Description

Anraelderin: G. Rau GmbH. & Co., Pforzheim, BRD
Elektrode für eine elektrische Entladungsstrecke und Herstellungsverfahren hierzu
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine elektrische Entladungsstrecke, welche aus einem metallischen Verbundwerkstoff besteht, bei dem in einem Matrix-Material von hoher elektrischer Leitfähigkeit eine Mehrzahl von Rohren mit </· hoher Abbrandfestigkeit eingelagert und mit einem Kernmaterial gefüllt sind. Außerdem wird ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode angegeben.
Elektrische Entladungsstrecken werden häufig als Schalter verwendet. Andere Anwendungsmöglichkeiten liegen z.B. im Initiieren gewünschter Verbrennungsvorgänge, in der Überapannungsbegrenzung und in der Erleichterung gewünschter Funken- bzw. Gasentladungen.
Die Elektroden sind dabei so auszubilden und anzuordnen, daß sich ein optimaler Arbeitsbereich einstellt, bzw. daß die erforderliche Ionisierung der EntIadungsstrecke bereits bei relativ geringer Spannungsdifferenz eintritt.
Die DE-PS 566 633 beschreibt eine Zündkerzenmittelelektrode, bei der in ein relativ leicht verdampfendes Ma trix-Material, wie Chrom oder Kobalt, Drähte aus einem schwerer verdampfenden Werkstoff, z.B. aus Wolfram, eingebettet sind. Im Betrieb wird die leichter verdampfbare Komponente zuerst abgetragen, so daß die herausragenden Wolframdrähte eine entsprechende Feldverdichtung herbeiführen und damit den Zünd vor gang erleichtern.
Ein bekanntes Bauelement zur Spannungsbegrenzung ist der Edelgas-Überspannungsableiter, dessen Elektroden in einer Edelgasatmosphäre (Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon) eingeschlossen sind. Bei einer bekannten Aus-
führungsforra befindet sich im Bereich der Entladungsstrecke ein radioaktives Präparat, welches den Gasraum entsprechend vorionisiert und dadurch eine niedere Zündspannung und einen definierten Arbeitsbereich ermöglicht. Eine Vermeidung der damit verbundenen Strahlenbelastung der Umwelt wäre wünschenswert.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Elektrode für eine elektrische Entladungsstrecke (z.B. Vakuum-, Gas- oder Flüssigkeitsentladungsstrecke) anzugeben, welche durch ihre Ausbildung und/oder Werkstoffzusammensetzung ohne zusätzliche Bestrahlung ein definiertes Ansprechverhalten ergibt. Das Kennzeichnende der Erfindung ist bei einer Elektrode der eingangs genannten Art darin zu sehen, daß das Kernmaterial aus einem vom Matrix- und Rohrmaterial unterschiedlichen Füllstoff besteht, welcher den Elektronenaustritt aus der Elek trod en ob er fläche begünstigt.
Die prinzipielle Überlegung besteht darin, in das Rohrmaterial einen metallenen und/oder nichtmetallenen Füllstoff einzubringen, welcher den Elektronenaustritt aufgrund geringer Austrittsarbeit des FOllmate^ialS' bzw. eines besonderen Kathodeneffektes (elektrische Doppelschicht, Hohlkathode u.a.) begünstigt. Durch eine solche Ausbildung ist eine Optimierung des Ansprechverhaltens von Funkenstrecken möglich, da sich z.B. Werkstoffe geringer Austrittsarbeit an Stellen erhöhter elektrischer Feldstärke gezielt implantieren lassen. Die daraus resultierende Verbesserung
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der Emissionsbedingungen läßt eine Optimierung des statischen und dynamischen Ansprechverhaltens der Funkenstrecke erwarten. Ein besonderer Vorteil liegt in der Langzeitkonstanz des Ansprechsverhaltens. Bei den hier vorgeschlagenen Elektroden aus Rohrverbundwerkstoff bleibt der Oberflächenanteil, der den Elektronenaustritt begünstigenden Füllstoffe auch nach dem Ansprechen der Funkenstrecke konstant.
In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Füllstoff wenigstens eine Komponente mit geringerer Austrittsarbeit als das Matrix- und Rohrmaterial enthält. Vorteilhaft erscheint die Verwendung eines Füllstoffes, welcher wenigstens eine Komponente aus der Gruppe der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,vorzugsweise Magnesium oder Barium enthält.
Eine andere zweckmäßige Ausbildung kann vorsehen, daß der Füllstoff Magnesium, Aluminium oder eine Magnesium-Aluminiumlegierung (Elektron) enthält.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, bei dem Füllstoff eine Oxid- Komponente,beispielsweise Bariumoxid, oder eine Oxidmischung anzuwenden.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß der Füllstoff in Verbindung mit dem
umgebenden, insbesondere gasförmigen Medium eine elektropositive Oberflächenschicht bildet.
Für bestimmte Anwendungszwecke, bei denen ein Ansprechen bereits bei geringer Spannung vorgeschrieben wird, kann es vorteilhaft sein, dem Füllstoff zusätzlich eine radioaktive Komponente zuzusetzen. Obwohl dadurch die eingangs erwähnten Nachteile der Umweltbeeinflussung . wieder in Erscheinung treten, ergibt es sich, daß wegen der günstigen Elektrodeneigenschaften radioaktive Hilfsstoffe mit geringer Strahlungsenergie verwendet werden können, so daß die Umweltbelastung wesentlich vermindert wird.
Bei einer zweckmäßigen Gestaltung kann das Rohrmaterial aus rostfreiem Edelstahl bestehen, bzw. Wolfram enthalten. In das Matrix-Material wird zweckmäßig eine Vielzahl von Rohren, insbesondere mehr als dreißig eingelagert. Eine andere günstige Ausführung kann vorsehen, daß das Matrix-Material, z.B. durch Ätzen, selektiv aus der Elektrodenoberfläche entfernt ist. Dadurch ergibt sich eine Spitzenwirkung im Bereich des Füllstoffes. Bei einer vorteilhaften Ausbildung kann der Anteil des Rohrmaterials unterhalb von 40 Gew.fi und der Anteil des Füllstoffs unterhalb von 20 Gew.^ des gesamten fertigen Verbundwerkstoffes liegen.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundwerkstoffes läßt sich dadurch ausführen, daß Rohre mit Füllstoffkern mit einem Mantel aus Ma-
trix-Material umgeben und zum Verbundwerkstoff gemeinsam spanlos verformt werden.
Durch die Anwendung der Merkmale der Erfindung wird eine Elektrode für elektrische Entladungsstrecken geschaffen, die durch ihre Eigenschaften ein günstiges Ansprechverhalten hinsichtlich Zündspannung, defjniertem Arbeitsbereich und Langzeitstabilität aufweist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Funkenstrecken mit Elektroden gemäß der Erfindung,
Figur 2 einen Querschnitt durch die Funkenstrecke, längs der Linie 2-2 in Fig.1.
In Figur 1 sind auf Elektrodenträgern 1,2, welche den Innenraum eines rohrförmigen Funkftnstreckenkörpers 3 abschließen, .Elektroden 4,5 angeordnet.
Wie der Querschnitt in Figur 2 erkennen läßt, bestehen die Elektroden, z.B. die Elektrode 4,aus einer Kupfermatrix 6,in die 40 Rohre 7 eingelagert, und mit einem Füllstoff 8 gefüllt sind. Die Rohre 7
bestehen aus einem Werkstoff mit verhältnismäßig hoher Abbrandfestigkeit,im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Edelstahl. Als Füllstoff 8 wird eine Magnesium-Aluminiumlegierung (Elektron) verwendet.
Die Rohre 7 werden vor der gemeinsamen Verformung mit der feinkörnigen Magnesium-Aluminiumlegierung gefüllt, mit einem Mantelrohr aus Matrix-Material (Kupfer) ummantelt und bei zwischengeschalteter Wärmebehandlung als Verbundkörper durch Ziehen spanlos verformt.
Der ursprüngliche Durchmesser der Doppelrohre beträgt 10mm bei einer Wandstärke des inneren Edelstahlrohres von 1 mm. Die Wandstärke des umkleidenden Kupferrohres ist mit 3 mm gewählt.Das Endprodukt mit 40 in die Matrix eingelagerten Rohren hat einen Durchmesser von 5 mm.
Die Anordnung der Elektroden in Bezug auf den Elektrodenträger kann in verschiedener Weise erfolgen.Für bestimmte Anmeldungszwecke läßt sich auch eine Viel-zahl von Elektroden auf einem gemeinsamen Elektrodenträger anbringen.

Claims (16)

Dr.-Ing, Herbert Moser Pstentanwalt λ ολ/ 76Kar!sruhe,Nowackanlage15 Ansprüche
1. Elektrode für eine elektrische Entladungsstrecke, welche aus einem metallischen Verbundwerkstoff besteht, bei dem in einem Matrix-Material von hoher elektrischer Leitfähigkeit Rohre mit hoher Abbrandfestigkeit eingelagert und mit einem Kernmaterial gefüllt sind, dadurch gekenn zeichnet, daß das Kernmaterial aus einem vom Matrix- und Rohrmaterial (6,7) unterschiedlichen Füllstoff (8) besteht, welcher den Elektronenaustritt aus der Elektrodenoberfläche begünstigt.
2. Elektrode nach Anspruch 1,dadurch g e kennzeichnet, daß der Füllstoff (B) wenigstens eine Komponente mit geringerer Austrittsarbeit als Matrix- und Rohrmaterial (6,7) enthält.
3. Elektrode nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff (8; wenigstens eine Komponente aus der Gruppe der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle enthält.
4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff (8) Magnesium enthält.
5. Elektrode nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff (8) Barium enthält.
.6. Elektrode nach Anspruch 1,dadurch gekenn ζ e i c h η e t, daß der Füllstoff (8) Aluminium enthält.
7. Elektrode nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff (8) eine Magnesium-Aluminiumlegierung enthält.
8. Elektrode nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff (8) eine Oxid-Komponente enthält.
9. Elektrode nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff (8) in Verbindung mit dem umgebenden Medium eine elektropositive Oberflächenschicht bildet.
10. Elektrode nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff (8) eine radioaktive Komponente enthält.
♦ *
"••"ι 323 358 A
11. Elektrode nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrmaterial (7) aus rostfreiem Edelstahl besteht.
12. Elektrode nach Anspruch 1,dadurch g e kennzeichnet, daß das Rohrmaterial (7) Wolfram enthält.
13. Elektrode nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß in das Matrix-Material (6) eine Vielzahl von Rohren (7) eingelagert ist.
14. Elektrode nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das Matrix-Material (6) selektiv aus der Elektrodenoberfläche entfernt ist.
15. elektrode nach Anspruch 1,dadurch g e kennzeichnet, daß der Anteil des Rohrmaterials (7) unterhalb von 40 Gew.^ und der Anteil des Füllstoffs (8) unterhalb von 20 Gew.# des gesamten Verbundwerkstoffes liegen.
16. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes für eine Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rohre (7) mit Füllstoffkern (8) mit einem Mantel aus Matrix-Material (6) umgeben und zum Verbundwerkstoff gemeinsam spanlos verformt werden.
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