EP2080253A1 - Gekapselte, druckfest ausgeführte, nicht hermetisch dichte, rotationssymmetrische hochleistungsfunkenstrecke - Google Patents

Gekapselte, druckfest ausgeführte, nicht hermetisch dichte, rotationssymmetrische hochleistungsfunkenstrecke

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Publication number
EP2080253A1
EP2080253A1 EP06819662A EP06819662A EP2080253A1 EP 2080253 A1 EP2080253 A1 EP 2080253A1 EP 06819662 A EP06819662 A EP 06819662A EP 06819662 A EP06819662 A EP 06819662A EP 2080253 A1 EP2080253 A1 EP 2080253A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cup
spark gap
gas
electrode
main electrodes
Prior art date
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Granted
Application number
EP06819662A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2080253B1 (de
Inventor
Arnd Ehrhardt
Michael Waffler
Uwe Strangfeld
Stephan Hierl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dehn SE and Co KG
Original Assignee
Dehn and Soehne GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/12—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T2/00—Spark gaps comprising auxiliary triggering means
    • H01T2/02—Spark gaps comprising auxiliary triggering means comprising a trigger electrode or an auxiliary spark gap
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel

Definitions

  • the invention relates to an encapsulated, pressure-resistant executed, non-hermetically sealed, rotationally symmetrical high-performance spark gap with two opposing main electrodes, a metallic outer housing, a gas or plasma cooling space surrounded by the outer housing and preferably frontally arranged electrical connection contacts for the main electrodes according to the preamble of patent claim 1.
  • surge arresters on the basis of spark gaps according to the prior art, these are designed to be encapsulated in applications in the low-voltage range in order to avoid the environment-threatening blowing out of hot or even ionized gases.
  • the arresters are provided with additional triggering devices.
  • a trigger device requires isolation of the additional, generally loaded with high voltage further electrode.
  • the additional expenditure of installation space and the additional insulation materials also lead to a further restriction of the performance of such realized arresters.
  • the potential of the ignition electrode is likewise supplied via the pressure-resistant metallic sheath to the spark gap.
  • the local pressure-resistant jacket is made of one piece and it is used for the preparation of a simple forming process.
  • the waiver of an insulated implementation of the ignition potential leads in this variant, however, to an additional burden of insulation in the interior of the spark gap, since both electrodes must be isolated not only against each other, but also with respect to the entire housing.
  • the complex and voltage-resistant insulation in particular, the heat output from the spark gap This leads to an increased thermal load on the insulating parts, to long cooling times and to an enormous limitation of the space available for the spark gap. All of these disadvantages ultimately limit the performance of the spark gap.
  • the prior art should be referred to the DE 198 45 889 Al, which shows a spark gap arrangement, which is designed to be encapsulated and pressure-resistant and having the spaced opposite main electrodes with a metallic outer casing.
  • This prior art also refers to gas or plasma cooling rooms, wherein one of the main electrodes is designed as a hollow cylindrical blow-off electrode, which extends into the cooling rooms.
  • Meander-shaped cooling channels are previously known for example from DE 29 34 237 Al according to the local surge arrester arrangement. Screw-shaped cooling channels in spark gaps composed of coaxially arranged cup-shaped housing parts can be taken from DE 20 2004 020 260 U 1 or DE 103 38 835 A1, both of which show overvoltage protection devices.
  • the most important components of the proposed high-performance spark gap consist in an effective cooling of the hot gases in a meandering cooling channel with staggered vents, in a jerk-resistant embodiment of the active components within the spark gap and a pressure-resistant, encapsulated execution of the intermediate and Abkühlraums inside of the outer casing.
  • the cooling space of the high-performance spark gap consists of a coaxial arrangement of an inner and an outer metal cup, wherein one of the main electrodes is formed as a hollow cylindrical Ausblaselektrode and extends to a large extent in the inner cup of the coaxial arrangement.
  • a discharge ring electrode laterally encompassing centering support ring is provided on the open side of the cup assembly.
  • the support ring is pressure-resistant, preferably non-positively and / or positively connected to the outer cup, for example, connected by a corresponding thread pairing.
  • the outer cup of the coaxial arrangement has lateral bores as gas outlet openings. Between the inner and the outer cup of the coaxial arrangement, at least one gas cooling channel is provided. Another gas cooling channel is located between the outer wall of the outer cup and the inner wall of the outer casing.
  • the high-performance spark gap should allow a higher impulse load or a stronger current limit with the result that more energy is converted in the spark gap, whereby a larger amount of heated gas or plasma is formed.
  • the proposed spark gap also dominates the increased burnup, and without burnup particles completely close the existing ventilation channels.
  • the vents which are staggered arranged in the cooling channel, initially have small cross-sections in order to avoid the escape of luminous gas and molten particles, and take only in the course of further extension of the cooling channel to cross-section, where by the flow and the relaxation throughout Abkühlkanal can be used. By these measures, a clogging of individual vents in the initial region of the cooling channel is compensated.
  • Ausgestaltend the blow-out electrode according to the invention has at its top side facing the counter-electrode an annular flange on which bears the complementary grading having support ring.
  • the underside of the blow-out electrode is closed, but has lateral gas outlet openings, wherein the underside additionally has an oriented in the electrode longitudinal direction of the guide extension, which engages in a complementary recess in the inner cup.
  • At least one gas cooling channel already mentioned is located between the inner bowl and the guide extension, which extends into a threaded opening of the inner bowl, which forms a connection contact.
  • Each cup of the coaxial arrangement has a circular nozzle, wherein the circular nozzle of the inner cup in the circular nozzle of the outer
  • Bechers is stored.
  • the outer housing is formed positively fitting, for example by a
  • the pressure-resistant connection of the coaxial arrangement including the support ring and blow-out electrode is realized in accordance with the construction described above by force and / or positive locking, in particular by screwing.
  • a sleeve or disc made of a gas-emitting material e.g. POM arranged, wherein the support ring surrounds the sleeve or disc of this gas-emitting material at least partially outer peripheral side.
  • the gas-emitting material has the function of radial blowing of the arc. This is used to limit the secondary current by cooling and extending the arc.
  • the solution with recourse to the illustrated support ring ensures a mastery of the consequences of higher Pulse currents.
  • the support ring can be made electrically conductive or insulating. Decisive is the resulting internal stabilization of the components of the spark gap, by a more even distribution of the load on the one hand and on the other hand by an improvement in the mechanical properties as a whole.
  • the pressure which builds up in the relaxation area of the hot gases within the spark gap, acts directly on the area of the active gas-emitting components. This is done on the one hand directly by gases, which can penetrate via column of stack parts, and on the other hand indirectly on the mobility of the individual spark gap sections under or against each other. Such a movement is particularly critical if the gas delivery is not uniform and all sides in the relaxation area, as this can lead to an uneven pressure load and thus to notch effects and damage to individual parts.
  • a pressure-resistant cooling space is created.
  • This solution causes a uniform distribution of the pressure or force effect on the active gas-emitting components and also avoids a direct gas flow between the cooling space and the active parts or the arc furnace and the cooling space.
  • a slipped centering and insulating body is placed on the guide extension of the main electrode as a disc with a guide extension, wherein the insulating body surrounds the disc of the main electrode in a preferred variant laterally.
  • a seal in particular a sealing ring can be arranged.
  • the high-performance spark gap according to the invention in a rotationally symmetrical embodiment is based on the coaxial arrangement of the cups Blow-off electrode and screwed support ring constructed quasi-stapeiförmig, wherein the initially only one side flanged hollow cylindrical outer housing receives the stack assembly.
  • a pressing and mechanical contacting of the individual preassembled components of the stack arrangement of the spark gap with a total resulting very high mechanical stability and associated load capacity.
  • Fig. 1 is a longitudinal sectional view of a high-performance spark gap according to the invention with inherently pressure-resistant cooling space and
  • FIG. 2/1, 2/2 representations along the line A-A, B-B of FIG. 1 as well as a detail.
  • Fig. 1 In the spark gap of Fig. 1 is located within an outer housing 1, the arrangement of active and passive components.
  • an inner cup 8 is provided to form the pressure-resistant Abkssel, which is surrounded by an outer cup 9 at a distance to obtain a gas cooling channel 12.
  • one of the main electrodes which is realized as a hollow-cylindrical blow-out electrode 3, extends into it.
  • a discharge ring 3 laterally encompassing support ring 7 is provided on the open side of the cup assembly.
  • the support ring 7 has an external thread, which corresponds to an internal thread in the outer cup 9.
  • lateral gas outlet openings 10 are present, wherein between the inner and the outer cup 8, 9 at least the aforementioned gas cooling channel 12 is formed, and between the outer wall of the outer cup 9 and the inner wall of the outer casing 1, another gas cooling channel 13 is befindl I ,
  • the underside of the blow-out electrode 3 is closed, but has lateral gas outlet openings 19.
  • the underside of the blow-out electrode 3 further has a guide extension 14, which engages in a complementary recess in the inner cup 8.
  • a gas cooling channel 15 is located, which extends into a threaded opening 16 of the inner cup 8.
  • This threaded opening 16 forms an element of the terminal 17, e.g. a screw contact.
  • Each of the aforementioned cups 8, 9 of the coaxial arrangement has a circular nozzle 25; 26, wherein the circular ring nozzle 25 of the inner cup 8 is mounted in the diameter-matched circular nozzle piece 26 of the outer cup 9 and in the region of the circular nozzle piece 26 of the outer cup 9, the outer housing 1 rests positively.
  • the positive connection is achieved here by a flanging in a press-forming process.
  • a sleeve or disc 6 made of a gas-emitting material, e.g. POM arranged so that sets in the case of igniting the arc, a radial blowing of the same.
  • the blowing electrode 3 opposite, further main electrode 2 is formed in the form of a disc 27 with guide extension 28.
  • the guide extension 28 has a threaded bore for Ranbitie- tion.
  • a second slipped insulating 4 is placed on the guide extension 28 of the other main electrode 2, said insulating body 11, the disc 27 of the main electrode 2 according to the embodiment of FIG. 1 laterally surrounds.
  • a seal in particular in the form of a sealing ring.
  • the above-described high-performance spark gap enables a doubling of the surge current carrying capacity from approximately 25 kA to 50 kA while at the same time maintaining high ignition safety and optimum gas cooling behavior.
  • the inner and the outer cup ien cost reducing from less erosion resistant material ien, z.
  • these materials should have a preferably good heat conduction and high heat capacity.
  • the inner cup 8 has, as shown in the principle sectional view of FIG. 1 removable, a particularly strong wall and a reinforced floor, so that an increased arcing erosion is compensated and fürschmelzonne can be avoided.
  • a plurality of holes 10 are coaxially distributed, which are placed in one or more circumferential grooves 11.
  • the gap or the gas guide channel 13 between the outer cup 9 and the outer housing 1 can be made wider.
  • spiral-shaped ventilation ducts of small cross-section may be present, which have a large ratio of their circumference to the cross-section, resulting in better cooling.
  • the circumferential grooves 11 and the gap between the outer cup and the outer housing serve to receive melt, whereby a clogging of the holes 10 is reliably avoided.
  • circumferential grooves in one embodiment, the execution of a circumferential spiral is conceivable or it is additionally possible, vertical grooves, z. B. in the longitudinal axis of the arrangement to realize.
  • FIG. 2/1 and 2/2 the area of the vents in the bottom of the blow-out electrode 3 as well as the inner 8 and the outer cup 9 is shown.
  • This venting can be realized by means of spiral grooves, wherein, in addition or instead of such spiral grooves (FIG. 1), as shown in the illustrations according to FIG. 2/1 and 2/2 illustrated, several holes in the bottom of the inner cup 8 (section A) can be introduced. Through these holes 30 gas and melt reaches the bottom of the outer cup 9, which has a circumferential groove 32 with respect to the holes offset channels or a multiply fed spiral (section B / reference 32).
  • the support ring 7 is made of stainless steel in the embodiment shown and can take over the function of the potential control.
  • the centering bodies 4 and 5 embed the main electrode 2, the centering body 5 forming the insulating flashover gap.
  • the sleeve or disc 6 represents the conductive or semiconductive gas donating rollover stretch portion, wherein the support ring 7 carries the sleeve or disc 6.

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Casings For Electric Apparatus (AREA)

Description

Gekapselte, druckfest ausgeführte, nicht hermetisch dichte, rotationssymmetrische Hochleistungsfunkenstrecke
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine gekapselte, druckfest ausgeführte, nicht hermetisch dichte, rotationssymmetrische Hochleistungsfunkenstrecke mit zwei beabstandet gegenüberliegenden Hauptelektroden, einem metallischen Außengehäuse, einem vom Außengehäuse umgebenen Gas- oder Plasma-Abkühlraum sowie bevorzugt stirnseitig angeordneten elektrischen Anschlusskontakten für die Hauptelektroden gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 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 Isolationsmaterial ien führen ebenfalls zu einer weiteren Einschränkung der Leistungsfähigkeit derartig realisierter Ableiter.
Gemäß der DE 100 08 764 Al und der dort gezeigten gekapselten Funkenstrecke ist es bekannt, das Triggerpotential über die metallische Gehäuseum- mantelung der Funkenstrecke zuzuführen. Die dort vorgesehenen Hauptelek- troden 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 Al 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 Al 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 erhebl ich 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 Al 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 Hauptelektro- denabstände 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 Al 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 hohlzy- lindrische Ausblaselektrode ausgeführt ist, die in die Abkühlräume hineinreicht.
Mäanderförmige Kühlkanäle sind beispielsweise aus der DE 29 34 237 Al gemäß der dortigen Überspannungsableiteranordnung vorbekannt. Schraubenförmige Kühlkanäle in aus koaxial angeordneten becherförmigen Gehäuseteilen zusammengesetzten Funkenstrecken sind der DE 20 2004 020 260 U l oder der DE 103 38 835 Al 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, 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 und hoher Betriebssicherheit 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 mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Die wesentlichsten Komponenten der vorgestellten Hochleistungsfunkenstrecke bestehen in einer effektiven Kühlung der heißen Gase in einem mäan- derförmigen Abkühlkanal mit gestaffelt angebrachten Entlüftungsöffnungen, in einer d ruckfesten Ausführungsform der aktiven Komponenten innerhalb der Funkenstrecke sowie einer druckfesten, in sich gekapselten Ausführung des Zwischen- und Abkühlraums innerhalb des Außengehäuses.
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 zentrierender 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.
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.
Es 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 Inkon- taktkommen 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.
Im 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, wod urch die Strömung und die Entspannung im gesamten Abkühlkanal genutzt werden kann. Durch d iese 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 d ie 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.
Ein übergestülpter Zentrier- und 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 kann eine Dichtung, insbesondere ein Dichtring angeordnet werden .
Die erfindungsgemäße Hochleistungsfunkenstrecke in rotationssymmetrischer Ausführungsform ist ausgehend von der koaxialen Anordnung der Becher mit Ausblaselektrode und verschraubtem Stützring quasi stapeiförmig 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 Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen :
Fig . 1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Hochleistungsfunkenstrecke mit in sich druckfestem Abkühlraum und
Fig . 2/1, 2/2 Darstellungen entlang der Line A-A, B-B nach Fig . 1 sowie ein Detail .
Bei der Funkenstrecke nach Fig. 1 befindet sich innerhalb eines Außengehäuses 1 die Anordnung aktiver und passiver Komponenten.
Zunächst ist zur Bildung des druckfesten Abkühl raums ein innerer Becher 8 vorgesehen, welcher von einem äußeren Becher 9 unter Abstand zum Erhalt eines Gaskühlkanals 12 umgeben ist.
In das Innere des Raums des Bechers 8 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 7 vorgesehen. Der Stützring 7 weist ein Außengewinde auf, welches mit einem Innengewinde im äußeren Becher 9 korrespondiert. Im äußeren Becher 9 sind seitliche Gasaustrittsöffnungen 10 vorhanden, wobei zwischen dem inneren und dem äußeren Becher 8, 9 mindestens der vorerwähnte Gaskühlkanal 12 ausgebildet ist, sowie zwischen der Außenwandung des äußern Bechers 9 und der Innenwandung des Außengehäuses 1 ein weiterer Gaskühlkanal 13 befindl ich ist.
Die Unterseite der Ausblaselektrode 3 ist geschlossen, weist jedoch seitliche Gasaustrittsöffnungen 19 auf.
Die Unterseite der Ausblaselektrode 3 besitzt weiterhin einen Führungsfortsatz 14, welcher in eine komplementäre Aussparung im inneren Becher 8 eingreift.
Im Bereich der Unterseite der Ausblaselektrode 3, zwischen dem inneren Becher und dem Führungsfortsatz 14, ist mindestens wiederum ein Gaskühlkanal 15 befindlich, welcher in eine Gewindeöffnung 16 des inneren Bechers 8 hineinreicht. Diese Gewindeöffnung 16 bildet ein Element des Anschlusskontakts 17, z.B. eines Schraubkontakts.
Jeder der vorerwähnten Becher 8, 9 der koaxialen Anordnung besitzt einen Kreisringstutzen 25; 26, wobei der Kreisringstutzen 25 des inneren Bechers 8 im durchmesserangepassten Kreisringstutzen 26 des äußeren Bechers 9 gelagert ist und im Bereich des Kreisringstutzens 26 des äußeren Bechers 9 das Außengehäuse 1 formschlüssig anliegt. Der Formschluss wird hier durch eine Umbördelung in einem Press-Umformvorgang erreicht.
Zwischen den Hauptelektroden 2 und 3 ist eine Hülse oder Scheibe 6 aus einem gasabgebenden Material, z.B. POM angeordnet, so dass sich im Fall des Zündens des Lichtbogens eine radiale Beblasung desselben einstellt.
Die der Ausblaselektrode 3 gegenüberliegende, weitere Hauptelektrode 2 ist in Form einer Scheibe 27 mit Führungsfortsatz 28 ausgebildet.
Der Führungsfortsatz 28 weist eine Gewindebohrung zur Anschlusskontaktie- rung auf. Ein zweiter übergestülpter Isolierkörper 4 ist auf den Führungsfortsatz 28 der weiteren Hauptelektrode 2 aufgesetzt, wobei dieser Isolierkörper 11 die Scheibe 27 der Hauptelektrode 2 gemäß Ausführungsform nach Fig . 1 seitlich umgibt.
Zwischen der Scheiben-Hauptelektrode 2 und dem Isolierkörper 4 kann eine Dichtung, insbesondere in Form eines Dichtrings angeordnet sein.
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.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können der innere und der äußere Becher kostenreduzierend aus weniger abbrandfesten Material ien, z. B. Stahl oder Kupfer, gefertigt werden, wobei diese Materialien eine bevorzugt gute Wärmeleitung und hohe Wärmekapazität aufweisen sollen.
Der innere Becher 8 besitzt, wie aus der Prinzip-Schnittdarstellung nach Fig . 1 entnehmbar, eine besonders starke Wandung und einen verstärkten Boden, so dass ein verstärkter Lichtbogenabbrand kompensierbar ist und Durchschmelzungen vermieden werden können.
Im äußeren Becher 9 sind koaxial verteilt mehrere Bohrungen 10 vorhanden, die in einer oder mehreren umlaufenden Nuten 11 platziert sind .
Der Spalt respektive der Gasführungskanal 13 zwischen dem äußeren Becher 9 und dem Außengehäuse 1 kann breiter ausgeführt werden.
Im Boden der Ausblaselektrode 3, im inneren Becher 8 und/oder im äußeren Becher 9 können spiralförmige Lüftungskanäle kleinen Querschnitts vorhanden sein, die ein großes Verhältnis ihres Umfangs zum Querschnitt besitzen, so dass sich eine bessere Kühlung ergibt. Die umlaufenden Nuten 11 und der Spalt zwischen dem äußeren Becher und dem Außengehäuse dienen der Aufnahme von Schmelze, wodurch ein Zusetzen der Bohrungen 10 sicher vermieden wird.
Neben umlaufenden Nuten ist hier auch in einer Ausgestaltung die Ausführung einer umlaufenden Spirale denkbar oder es besteht ergänzend die Möglichkeit, senkrechte Nuten, z. B. in der Längsachse der Anordnung zu realisieren.
In den Fig . 2/1 und 2/2 ist der Bereich der Entlüftungen im Boden der Ausblaselektrode 3 sowie des inneren 8 und des äußeren Bechers 9 gezeigt. Diese Entlüftung ist über Spiralnuten realisierbar, wobei ergänzend oder anstelle derartiger Spiralnuten (Fig. 1), wie in den Darstellungen nach Fig . 2/1 und 2/2 illustriert, mehrere Bohrungen im Boden des inneren Bechers 8 (Schnitt A) eingebracht werden können. Durch diese Bohrungen 30 gelangt Gas und Schmelze zum Boden des äußeren Bechers 9, welcher über eine umlaufende Nut 32 mit gegenüber den Bohrungen versetzten Kanälen oder über eine mehrfach gespeiste Spirale (Schnitt B / Bezugszeichen 32) verfügt.
Der Stützring 7 ist bei der gezeigten Ausführungsform aus Edelstahl gefertigt und kann die Funktion der Potentialsteuerung übernehmen. Die Zentrierkörper 4 und 5 betten die Hauptelektrode 2 ein, wobei der Zentrierkörper 5 die isolierende Überschlagsstrecke bildet. Die Hülse oder Scheibe 6 stellt den leitenden oder halbleitenden gasabgebenden Überschlagsstreckenteil dar, wobei der Stützring 7 die Hülse oder Scheibe 6 trägt.

Claims

Patentansprüche
1. Gekapselte, druckfest ausgeführte, nicht hermetisch dichte, rotationssymmetrische Hochleistungsfunkenstrecke mit zwei beabstandet gegenüberliegenden Hauptelektroden, einem metallischen Außengehäuse, einem vom Außengehäuse umgebenen Gas- oder Plasma-Abkühlraum sowie bevorzugt stirnseitig angeordneten elektrischen Anschlusskontakten für die Hauptelektroden, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Abkühlraum aus einer koaxialen Anordnung eines inneren (8) und eines äußeren (9) Bechers besteht, wobei eine der Hauptelektroden als hohlzy- lindrische Ausblaselektrode (3) ausgebildet ist und in den inneren Becher (8) hineinreicht,
- weiterhin an der offenen Seite der Becheranordnung ein die Ausblaselektrode (3) seitlich umgreifender, zentrierender Stützring (7) vorgesehen ist und der Stützring (7) mit dem äußeren Becher (9) druckfest mittels Ver- schraubung verbunden ist,
- der äußere Becher (9) seitliche, in Nuten (11) befindliche Gasaustrittsöffnungen (10) besitzt und zwischen innerem und äußerem Becher (8; 9) mindestens ein erster Gaskühlkanal (12) vorgesehen ist sowie zwischen der Außenwandung des äußeren Bechers (9) und der Innenwandung des Außengehäuses (1) ein weiterer, zweiter Gaskühlkanal (13) befindlich ist.
2. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Unterseite der Ausblaselektrode (3) zwischen dem inneren Becher (8) und einem Führungsfortsatz (14) mindestens ein Gaskühlkanal (15) befindlich ist, welcher in eine Gewindeöffnung (16) des inneren Bechers (8), die einen Anschlusskontakt (17) bildet, hineinreicht, wobei im Außenboden der Ausblaselektrode (3) eine Spiralnut (18) zur Gasführung eingebracht ist.
3. Funkenstrecke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Becher (8; 9) der koaxialen Anordnung einen Kreisringstutzen (25; 26) besitzt, wobei der Kreisringstutzen (25) des inneren Bechers (8) im Kreisring- stutzen (26) des äußeren Bechers (9) gelagert ist und im Bereich des Kreisringstutzens (26) des äußeren Bechers (9) das Außengehäuse (1) formschlüssig anliegt.
4. Funkenstrecke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Hauptelektroden (2; 3) eine Hülse oder Scheibe (6) aus einem leitenden oder halbleitenden gasabgebenden Material angeordnet ist.
5. Funkenstrecke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der von der Ausblaselektrode abgewandten Seite der Hülse oder Scheibe (6) aus gasabgebendem Material ein erster übergestülpter Zentrier- und Isolierkörper (5) befindlich ist,
6. Funkenstrecke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ausblaselektrode (3) gegenüberliegende weitere Hauptelektrode (2) als Scheibe (27) mit Führungsfortsatz (28) ausgebildet ist.
7. Funkenstrecke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer übergestülpter Zentrier- und Isolierkörper (4) vorgesehen ist und dieser auf den Führungsfortsatz (28) der weiteren Hauptelektrode (2) aufgesetzt ist, wobei der Isolierkörper (4) die Scheibe (27) der Hauptelektrode (2) und einen umlaufenden Absatz des ersten Isolier- und Zentrierkörpers (5) seitlich umgibt.
8. Funkenstrecke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Außenunterseite des inneren Bechers (8) Bohrungen oder Nuten (30) zur Gasführung befindlich sind, wobei zwischen den Kreisringstutzen (25; 26) ein Spalt (31) vorgesehen ist.
9. Funkenstrecke nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Innenunterseite des äußeren Bechers (9) Bohrungen oder
Nuten (32) zur Gasführung befindlich sind, welche zum Spalt (31) führen.
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