DE4100565A1 - Gasentladungsschalter - Google Patents
GasentladungsschalterInfo
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- H01J17/40—Cold-cathode tubes with one cathode and one anode, e.g. glow tubes, tuning-indicator glow tubes, voltage-stabiliser tubes, voltage-indicator tubes
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasentladungsschalter mit
einer Parallelschaltung von Gasentladungsstrecken mit der Länge
d, denen jeweils eine Zündeinrichtung mit einer Hohlelektrode
zugeordnet ist, die von der Kathode elektrisch isoliert ist.
Die Gasentladungsstrecken sind in einer Gasfüllung mit einem
ionisierbaren Gas angeordnet, dessen Druck P so gewählt ist,
daß die Zündspannung mit steigendem Produkt P×d abnimmt.
Die Zündspannung für eine vorgegebene Gasentladungsstrecke und
ihre übliche graphische Darstellung in Abhängigkeit vom Produkt
aus Gasdruck p und Elektrodenabstand d in der Zündkennlinie
bildet bekanntlich unter entsprechender Berücksichtigung der
Zündwahrscheinlichkeit ein wichtiges Hilfsmittel zur Kennzeich
nung von elektrischen Entladungsgeräten. Bei der Ermittlung der
elektrischen Spannungsfestigkeit einer vorgegebenen Gasentla
dungsstrecke wird im allgemeinen der unendlich große Platten
kondensator und seine Zündkennlinie zum Vergleich herangezogen.
Die praktische Ausführungsform solcher Entladungsstrecken hat
jedoch Elektroden mit endlichen Abmessungen. Während es zur
Ermittlung des rechten Astes der Zündkennlinie (Paschenkurve),
einschließlich des Spannungs-Minimums, genügt, lediglich zwei
ebene, gegebenenfalls an den Rändern mit einem sogenannten
Rogowski-Profil versehene abgerundete Platten parallel zuein
ander anzuordnen, ist eine derartige konstruktive Anordnung zur
Untersuchung von Zündkennlinien im linken Teil der Paschenkur
ve unbrauchbar, weil dann Umwegentladungen auftreten können.
Solche Umwegentladungen kann man durch eine Elektrodenkonstruk
tion mit ebenen Plattenelektroden vermeiden, die koaxial zu
einander angeordnet und an ihren Rändern mit einem relativ zum
Elektrodenabstand kleinen Krümmungsradius voneinander abgebogen
und entlang der inneren zylindrischen Isolatoroberfläche ge
führt sind. Es wird somit zwischen dem abgebogenen, zylinder
förmigen Randgebiet der Elektroden und der Innenwand des hohl
zylindrischen Isolators stets ein Spalt gebildet. Mit dieser
Ausführungsform einer Niederdruck-Gasentladungsstrecke kann
links vom Minimum der Paschenkurve die Zündkennlinie beispiels
weise für verschiedene Edel- und Molekülgase ermittelt werden
(Proc. VIIth Int. Conf. Phenom. in Ionited Gases, Beograd, Bd.
I (1965), Seiten 316 bis 326).
Es sind auch Gasentladungsschalter bekannt, die durch eine
gepulste Niederdruck-Gasentladung gesteuert werden. Der Ent
ladungsschalter enthält eine Anode und eine Kathode, die am
Rande durch einen ringförmigen Isolator voneinander getrennt
sind und von denen wenigstens die Kathode mit wenigstens einer
Öffnung versehen ist. Für die Gasentladung ist eine Steuer
einrichtung vorgesehen, die eine als Käfig gestaltete Hohl
elektrode enthält, die mit der Kathode elektrisch leitend
verbunden ist und somit auf dem Kathodenpotential liegt.
Sie umschließt den Kathodenrückraum und trennt diesen vom Be
reich einer Vorionisierung. Die Gasentladung zwischen der Ka
thode und der Anode wird durch Injektion von Ladungsträgern
gezündet. Die Zündung der Entladungsstrecke erfolgt in zwei
Stufen. Zunächst wird von einer Hilfselektrode eine Vorioni
sierung durch eine Glimmentladung erzeugt. Anschließend erhält
eine Triggerelektrode einen negativen Zündimpuls und der Ein
tritt von Ladungsträgern in die Hohlelektrode wird dadurch er
möglicht, daß das Potential einer Blockierelektrode auf Null
gesetzt wird. Mit dem Eintritt der Ladungsträger in die Hohl
elektrode wird die Entladung eingeleitet. Dieser Gasentla
dungsschalter hat einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau,
da alle Elektrodenanschlüsse aus der Seitenwand des entspre
chend geteilten Schaltergehäuses herausgeführt sind
(DE-OS 37 21 529).
Es ist ferner ein Gasentladungsschalter mit einer Vielzahl von
einander parallelen Niederdruck-Gasentladungsstrecken bekannt,
der im Anregungskreis eines Excimer-Lasers angeordnet ist, der
als Hochspannungsschaltelement dient und durch Schalten eines
hohen Stromes einen Hochspannungsimpuls an den Laser-Elektroden
entstehen läßt. Dieser Vielkanalschalter ist in einem abge
schirmten Gehäuse untergebracht und über Potentialverbindungen,
beispielsweise in Form von Hochstromkabeln, mit Hochstrom
steckverbindungen mit dem Anoden- und dem Massepotential einer
zu triggernden elektrischen Hochspannungs-Impulsschaltung ver
bunden. Charakteristisch für diesen Gasentladungsschalter mit
einer Vielzahl von Gasentladungsstrecken ist ein schneller
Spannungszusammenbruch in wenigen ns, ein zugleich erreichbarer
geringer Jitter im ns-Bereich, eine hohe Stromanstiegsgeschwin
digkeit von beispielsweise etwa 1012 A/s und mehr und hohe
Stromdichten von beispielsweise 5×106 A/cm2. Die Vielzahl der
Gasentladungsstrecken ist in einem gemeinsamen Gehäuse angeord
net, das mit den üblichen Vakuumdichtungen, die im wesentlichen
aus Gummi bestehen, versehen und in sogenannter O-Ringtechnik
realisiert ist; die Gasfüllung wird deshalb im Durchflußverfah
ren ständig erneuert (WO 89/10 646).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese bekannte
Ausführungsform eines Gasentladungsschalters mit einer Vielzahl
von Gasentladungskanälen zu vereinfachen und zu verbessern,
insbesondere soll der Aufbau des Gehäuses wesentlich verein
facht werden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß für den Betrieb
eines derartigen Gasentladungsschalters mit einer Vielzahl von
parallelgeschalteten Gasentladungskanälen der Druck der Gas
füllung wesentlich ist für die Verzögerungszeit (delay) der
Gasentladung und die zeitliche Differenz der Zündung (jitter)
aller Gasentladungskanäle, die beispielsweise 5 ns nicht
wesentlich überschreiten darf und insbesondere auf weniger als
etwa 2 ns begrenzt werden soll. Die genannte Aufgabe wird nun
erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1. In dieser Ausführungsform der Vielkanalanordnung
können die Einzelschalter in bekannter Technik, wie beispiels
weise im Senderröhrenbau üblich, gefertigt werden. Zur Gewähr
leistung der gleichmäßigen Gasversorgung, die zur Einhaltung
geringer Streuzeiten beim parallelen Schalten aller Einzel
elemente notwendig ist, werden sie auf einer Seite auf dem
zugeordneten Metallbehälter, der auch das für alle gemeinsam
wirksame Wasserstoffreservoir enthält, befestigt, vorzugsweise
aufgelötet oder geschweißt. Diese als Gasspeicher dienenden
Metallbehälter werden dann über eine Gasleitung miteinander
verbunden, so daß ein gleichmäßiger Druck an allen Gasentla
dungsstrecken gewährleistet ist.
In einer besonders vorteilhaften weiteren Ausführungsform kann
für alle Gasentladungsstrecken ein gemeinsamer Gasbehälter vor
gesehen sein, der wenigstens ein Gasreservoir enthält. Eine
freie Stirnfläche des Isolators wird dann mit dem Gehäuse des
Gasspeichers verbunden.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Gasentla
dungsschalters ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung
Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine Ausführungsform des Gas
entladungsschalters mit einer Vielzahl von Einzelschaltern
schematisch veranschaulicht ist, die jeweils mit ihrem zuge
ordneten Gasspeicher unlösbar verbunden sind. In der Ausfüh
rungsform gemäß Fig. 2 ist ein Gasentladungsschalter mit einer
Parallelschaltung von Gasentladungsstrecken dargestellt, die
gemäß der Erfindung jeweils in einem Einzelschalter enthalten
sind.
In der Ausführungsform eines Gasentladungsschalters mit einer
Vielzahl von einander parallelen Entladungsstrecken, für die
gemäß der Erfindung jeweils ein Einzelschalter vorgesehen ist,
sind beispielsweise fünf Einzelschalter mit gleichem Aufbau
nebeneinander angeordnet, die in der Figur mit 2 bis 6 bezeich
net sind und von denen zur Vereinfachung in der Figur lediglich
drei näher ausgeführt sind. Diese Einzelschalter sind jeweils
rotationssymmetrisch als Zylinder aufgebaut und enthalten zwei
Elektroden, von denen eine als Anode 8 und die andere als
Kathode 9 geschaltet sind und die an eine Betriebsspannung von
beispielsweise 35 kV angeschlossen sein können. Die einander
zugewandten Oberflächen der Kathode 9 und der Anode 8 sind so
geformt, daß in einem zentralen Oberflächenbereich eine Ent
ladungskammer 10, beispielsweise in der Form eines Doppelkegels
mit einander zugewandten Grundflächen, für eine Entladungs
strecke 12 gebildet wird. Diese Entladungskammer 10 ist seit
lich von einem schlitzförmigen Gasraum 16 mit der Breite b um
geben. Der Anodenrückraum ist in der Figur mit 18 bezeichnet.
Zur Triggereinrichtung für die Entladungsstrecke 12 gehört eine
Hohlelektrode 20, deren Boden 21 und Seitenwand 22 einen Hohl
raum 19 umgeben und deren Öffnung der Entladungsstrecke 12 zu
gewandt ist. Diese Hohlelektrode 20 ist von der Kathode 9 elek
trisch isoliert. Für diese Hohlelektrode 20 sind in der Figur
nicht dargestellte Mittel vorgesehen zum Erzeugen wenigstens
einer Raumladung, insbesondere einer Glimmentladung im Hohlraum
19. Die Hohlelektrode 20 besteht aus einem elektrisch leitenden
Material, beispielsweise Edelstahl, und hat wenigstens die Form
einer Schale, vorzugsweise die Form eines Topfes, dessen Tiefe
vorzugsweise wenigstens gleich oder größer ist als ihr Durch
messer.
Der Hohlraum 19 und die Entladungskammer 10 enthalten eine Gas
füllung aus einem ionisierbaren Arbeitsgas, vorzugsweise Was
serstoff oder Deuterium, oder auch einer Mischung dieser Gase.
Ferner geeignet ist bekanntlich Stickstoff oder auch ein Edel
gas, wie beispielsweise Argon oder Helium. Für die Gasfüllung
ist ein Gasspeicher 24 vorgesehen, dessen Deckel 25 mit Druck
ausgleichsöffnungen 28 versehen ist. Solche Druckausgleichs
öffnungen 29 sind auch in der metallischen Ringfläche ange
bracht, die den Boden 21 der Steuerelektrode 20 umgibt. Der
Gasspeicher 24 enthält ein Gasreservoir 30, dessen elektrische
Anschlüsse 32 und 33 durch den Boden 26 des Gasspeichers 24
hindurchgeführt sind. Der Gasspeicher 24 ist über eine Rohr
leitung 34 an eine Sammelleitung 36 angeschlossen, die durch
weitere, in der Figur nicht näher bezeichnete Rohrleitungen
alle Gasspeicher 24 miteinander verbindet, wodurch ein gleicher
Gasdruck d an allen Entladungsstrecken 12 sichergestellt ist.
Die Einzelschalter 2 bis 6 sind jeweils in einem Gehäuse 40
angeordnet, das aus drei im wesentlichen ringzylindrischen Iso
latoren besteht, die in der Figur mit 37 bis 39 bezeichnet
sind. Die Anode 8 ist an dem Isolator 37 befestigt, vorzugswei
se mit diesem unlösbar verbunden, insbesondere damit verlötet
oder verschweißt. Der Kathodenanschluß 48 ist zwischen den
ringzylindrischen Isolatoren 37 und 38 gasdicht unlösbar ver
bunden. Die untere freie Stirnfläche des Isolators 39 ist mit
einem flanschartigen Fortsatz des Gasspeichers 24 unlösbar ver
bunden. In dieser Ausführungsform des Gasentladungsschalters
mit Einzelschaltern 2 bis 6 in verlöteter oder verschweißter
Metall-Keramik-Technik erhält man somit ein gemeinsames System
für alle Gasfüllungen.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sollen Einzelschalter 2
bis 6 mit dem gleichen Aufbau vorgesehen sein. In dieser Aus
führungsform ist für alle Einzelschalter 2 bis 6 ein gemeinsa
mer Gasspeicher 50 vorgesehen, der nur ein einziges Gasre
servoir 30 enthält. Die Isolatoren 39 der Einzelschalter 2 bis
6 sind jeweils auf dem Deckel des Gasbehälters 50 befestigt,
vorzugsweise aufgelötet oder verschweißt. In dieser Ausfüh
rungsform erhält man somit einen besonders einfachen Aufbau der
Gasversorgung der Einzelschalter 2 bis 6.
Claims (5)
1. Gasentladungsschalter mit folgenden Merkmalen:
- a) Es ist eine Parallelschaltung von Gasentladungsstrecken mit einer Länge d vorgesehen, denen jeweils eine Zündeinrichtung mit einer Hohlelektrode (20) zugeordnet ist, die von den Elektroden der Gasentladungsstrecke elektrisch isoliert ist,
- b) die Gasentladungsstrecken (12) sind in einer Gasfüllung mit einem ionisierbaren Gas angeordnet sind, dessen Druck P so gewählt ist, daß die Zündspannung mit steigendem Produkt P×d abnimmt,
- c) die Gasentladungsstrecken (12) befinden sich jeweils in einem Einzelschalter (2 bis 6),
- d) die Einzelschalter (2 bis 6) sind jeweils mit einem Gehäuse (40) versehen, dessen Seitenwand aus wenigstens einem hohl zylindrischen Isolator (37 bis 39) besteht,
- e) den Einzelschaltern (2 bis 6) ist eine gemeinsame Gasfüllung zugeordnet.
2. Gasentladungsschalter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Einzelschalter (2 bis
6) mit einem Gasspeicher (24) versehen ist, von denen wenig
stens einer ein Gasreservoir (30) enthält und die über eine
Sammelleitung (36) miteinander verbunden sind.
3. Gasentladungsschalter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß für alle Einzelschalter (2
bis 6) ein gemeinsamer Gasspeicher (50) vorgesehen ist.
4. Gasentladungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß eine der
freien Stirnflächen des Isolators (39) mit dem Gehäuse des Gas
speichers (24) verbunden ist.
5. Gasentladungsschalter nach Anspruch 4, gekenn
zeichnet durch eine Löt- oder Schweißverbindung des
Gehäuses (40) mit dem Gasspeicher (24).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914100565 DE4100565A1 (de) | 1991-01-10 | 1991-01-10 | Gasentladungsschalter |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4100565A1 true DE4100565A1 (de) | 1992-07-16 |
DE4100565C2 DE4100565C2 (de) | 1992-12-10 |
Family
ID=6422796
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19914100565 Granted DE4100565A1 (de) | 1991-01-10 | 1991-01-10 | Gasentladungsschalter |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4100565A1 (de) |
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Also Published As
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DE4100565C2 (de) | 1992-12-10 |
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