WO2020078622A1 - Anordnung zur zündung von funkenstrecken - Google Patents

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WO2020078622A1
WO2020078622A1 PCT/EP2019/074205 EP2019074205W WO2020078622A1 WO 2020078622 A1 WO2020078622 A1 WO 2020078622A1 EP 2019074205 W EP2019074205 W EP 2019074205W WO 2020078622 A1 WO2020078622 A1 WO 2020078622A1
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electrode
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trigger electrode
main electrodes
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PCT/EP2019/074205
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Uwe Strangfeld
Sebastian Haas
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Dehn Se + Co Kg
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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
    • H01T15/00—Circuits specially adapted for spark gaps, e.g. ignition circuits
    • 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
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    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/16—Series resistor structurally associated with spark gap

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for igniting spark gaps with a trigger electrode located on or in one of the main electrodes and insulated from this main electrode, the trigger electrode being electrically connectable to the further main electrode via at least one voltage-switching or voltage-monitoring element and between the main electrode and the further There is an air gap in the main electrode, the trigger electrode with an insulation layer and a layer made of a material with a lower conductivity than the material of one of the main electrodes forms a sandwich structure, the insulation layer is formed as a thin film or lacquer layer and the layer with the material with lower conductivity one of the main electrodes is in contact or rests on this according to the preamble of claim 1.
  • Spark gaps can be differentiated in terms of their behavior as breakdown or sliding spark gaps. Such spark gaps
  • Trigger electrode The ignition in the case of triggered spark gaps is carried out either by using an ignition transformer with the consequence of a high response voltage of the correspondingly well-insulated trigger electrode or, in an alternative, by a special arrangement of the
  • Triggered spark gaps generally have a controllable response behavior.
  • a conductive housing is provided there directly to form a Partial spark gap a trigger voltage can be applied in the discharge space.
  • the main spark gap between the main electrodes is ignited via the partial spark gap.
  • An ignition transformer which is part of the trigger device, is also used there.
  • ignition transformers require a not inconsiderable installation space.
  • the size of the ignition voltage generated in the ignition transformer on the secondary side depends on the primary-side current change di / dT. If such a current pulse does not have a sufficient steepness, the voltage occurring on the secondary side is not sufficient to achieve the
  • an ignition transformer can be omitted.
  • a sliding discharge is triggered between one of the main electrodes and the trigger electrode during the ignition process, which reaches the further main electrode after a certain time and triggers the ignition process.
  • Such trigger electrodes have permanent electrical contact with one of the two main electrodes. This means that there is no electrical isolation of the main potentials. For this reason, a voltage-switching element, for example in the form of a
  • Gas discharge tube can be switched.
  • the generic solution has a trigger electrode, which has an insulation layer and a layer made of a material with a lower conductivity than the material of one of the main electrodes
  • the insulation layer is preferably designed as a thin film or lacquer layer.
  • the layer of material less Conductivity is in contact with or on one of the main electrodes.
  • the layer dielectric of the sandwich structure turns out to be one
  • the partial capacities are chosen to be very low.
  • the material M of the sandwich structure has a much worse one
  • the ignition arc is lengthened over the thickness of the layer of material M.
  • the thin insulation gap between the trigger electrode and the layer of poorly conductive material can preferably be realized by printed circuit boards.
  • the trigger electrode then corresponds to the applied conductor track and the insulation layer to the lacquer layer above, with an end section remaining free of lacquer layer.
  • the plasma jet effect explained above is characterized by the expression of a preferred direction of the ionized gas flow.
  • measures can be taken which on the one hand influence the formation of the beam, but also the direction, so that the effect of a rapid ignition of the main line arises.
  • the proposed beam with its very effective ionization of air distances is used to overcome the air gap between the main electrodes particularly suitable, which in turn ensures effective operation of the preferred horn spark gap. Due to the electrode arrangement and the insulation layer and the layer made of the material with lower conductivity, a preferred orientation is otherwise only stochastic
  • the material with a lower conductivity can be suitable for gas emission, which enables a further targeted generation of the plasma jet.
  • the solution according to DE 10 2011 102 937 Al offers the advantage of a very fast ignition of the main spark gap compared to classic, non-insulated current triggering methods, as a result of which all other components of the spark gap arrangement are subjected to less energy and can therefore be designed in a miniaturized manner.
  • a disadvantage is the fact that even the smallest, relatively low-energy pulses from overvoltage events are sufficient to ignite the entire spark gap. This results in a possible disadvantageous aging of the corresponding surge arrester arrangement.
  • a trigger electrode located on or in one of the main electrodes and insulated from this main electrode.
  • the trigger electrode can be electrically connected to the further main electrode via at least one voltage-switching or voltage-growing element.
  • the trigger electrode forms a sandwich structure with an insulation layer and a layer made of a material with a lower conductivity than the material of one of the main electrodes.
  • the insulation layer is preferably a thin film or lacquer layer
  • the layer made of the material of lower conductivity is in contact with or lies on one of the main electrodes.
  • the arrangement is now developed in such a way that an energetic limit or an energetic threshold value can be defined, energetically weak overvoltage events being derived below the defined limit or threshold value without the spark gap responding between the main electrodes. If the limit or threshold value is exceeded, the correspondingly triggered derivation process takes place by igniting the main spark gap.
  • the insulation layer of the sandwich structure is interrupted outside of the ignition area in order to discharge weakly energetic overvoltage events without responding to the spark gap formed between the main electrodes.
  • an electrical component influencing the response behavior is integrated between the trigger electrode and the main electrode in the spark gap.
  • the interruption of the insulation layer forms an electrical connection between the trigger electrode and the layer of lower conductivity, the derivable energy content of the .through the limited conductivity or the resistance of the layer of lower conductivity
  • Overvoltage event can be determined. This in turn allows the aforementioned limit or threshold value to be set.
  • the aforementioned electrical component is an integrable, miniaturized resistor.
  • Burst pulses generally no longer lead to the ignition of the entire spark gap, since the low or minimal pulse energy is reduced in the layer of lower conductivity.
  • the degree of deceleration can be influenced via the structural design and the material sizes or material properties.
  • the ignition auxiliary spark gap is ignited by a flashover of the insulation gap in the
  • the trigger electrode is a
  • the conductor track of a film circuit board and the insulation layer are formed by an insulating cover, in particular a lacquer layer on the conductor track.
  • the insulating cover is exposed for the interruption, so that the exposed section of the conductor track can be connected to the layer of lower conductivity.
  • the layer of lower conductivity can preferably consist of a conductive plastic material or of a material with a
  • Carbon fiber content are formed.
  • Fig. 1 is an equivalent circuit diagram with the basic arrangement of
  • Main electrodes of a spark gap and a sandwich structure comprising a trigger electrode with an insulation layer and a layer made of a lower material
  • Fig. 2 is a representation similar to FIG. 1, but with a hinted
  • Energy contents of an overvoltage event can be directly derived without responding to the total spark gap.
  • FIGS. 1 and 2 comprises an electrically conductive trigger electrode T which extends from an insulation layer I in the direction of the
  • Main electrode H2 is covered.
  • the insulation layer I is followed by a layer made of a material M with a lower conductivity.
  • the layer of material M lies on the surface of the second
  • connection A external elements can be connected between trigger electrode T and the main electrode H1.
  • the funds provided there can for example include gas arresters, varistors, diodes or similar electrical components.
  • the spark gap formed by the main electrodes Hl and H2 can be used as a spark gap
  • Horn spark gap can be formed and is electrically connected between the paths L and N / PEN.
  • an electrical component R influencing the response behavior is connected between the trigger electrode T and the main electrode H2.
  • the value of the resistance R determines that
  • the thin insulation layer I is interrupted outside the ignition and flashover area, so that the trigger electrode T is conductively connected to the material of lower conductivity M.
  • the energy content of the overvoltage is so low that only a very small current flows and the voltage drop in the poorly conductive material M is not sufficient to flash over the insulation layer I. This means that the rollover range does not respond and the overvoltage is derived solely from the energy mapping range.
  • the layer of material M not only has the task of extending the ignition arc by extending the direct flashover distance from the trigger electrode T to the main electrode H2, but rather the resistance value of the poorly conductive material via the contacting of the trigger electrode with the Layer M used to derive weak surge events.
  • This configuration makes it possible to completely dispense with any separate electrical or electronic components for controlling the response behavior, in particular in the case of very weak overvoltage events.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Zündung von Funkenstrecken mit einer an oder in einer der Hauptelektroden befindlichen, gegenüber dieser Hauptelektrode isolierten Triggerelektrode, wobei die Triggerelektrode mit einer weiteren Hauptelektrode über mindestens ein spannungsschaltendes oder spannungsüberwachendes Element elektrisch verbindbar ist und zwischen der Triggerelektrode und der weiteren Hauptelektrode ein Luftspalt besteht, wobei die Triggerelektrode mit einer Isolationsschicht und einer Schicht aus einem Material mit geringerer Leitfähigkeit als das Material einer der Haupt - elektroden eine Sandwichstruktur bildet. Weiterhin ist die Isolationsschicht als dünne Folie oder Lackschicht ausgebildet und die Schicht aus dem Material geringerer Leitfähigkeit steht mit einer der Hauptelektroden in Kontakt oder liegt auf dieser auf. Erfindungsgemäß ist für ein Ableiten energetisch schwacher Überspannungsereignisse ohne Ansprechen der zwischen den Hauptelektroden gebildeten Funkenstrecke die Isolationsschicht der Sandwichstruktur außerhalb des Zündbereiches unterbrochen und/oder es ist zwischen der Triggerelektrode und der zugehörigen Hauptelektrode ein das Ansprechverhalten beeinflussendes elektrisches Bauelement geschalten.

Description

Anordnung zur Zündung von Funkenstrecken
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Zündung von Funkenstrecken mit einer an oder in einer der Hauptelektroden befindlichen, gegenüber dieser Hauptelektrode isolierten Triggerelektrode, wobei die Triggerelektrode mit der weiteren Hauptelektrode über mindestens ein spannungsscha ltendes oder spannungsüberwachendes Element elektrisch verbindbar ist und zwischen der Hauptelektrode und der weiteren Hauptelektrode ein Luftspalt besteht, wobei die Triggerelektrode mit einer Isolationsschicht und einer Schicht aus einem Material mit geringerer Leitfähigkeit als das Material einer der Haupt - elektroden eine Sandwichstruktur bildet, die Isolationsschicht als dünne Folie oder Lackschicht ausgebildet ist und die Schicht aus dem Material geringerer Leitfähigkeit mit einer der Hauptelektroden in Kontakt steht oder auf dieser aufliegt gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
Funkenstrecken können hinsichtlich ihres Verhaltens als Durchschlag- oder Gleitfunkenstrecke differenziert werden. Solche Funkenstrecken
sind getriggert, aber auch ungetriggert a usführbar. Bei getriggerten
Funkenstrecken existiert neben den Hauptelektroden mindestens eine
Triggerelektrode. Die Zündung bei getriggerten Funkenstrecken erfolgt entweder über den Einsatz eines Zündtransformators mit der Folge einer hohen Ansprechspannu ng der entsprechend gut isolierten Triggerelektrode oder bei einer Alternative durch eine besondere Anordnung der
Triggerelektrode bezüglich der Hauptelektrode ohne Zündtransformator.
Getriggerte Funkenstrecken verfügen grundsätzlich über ein steuerbares Ansprechverhalten.
Bei der druckfest gekoppelten Funkenstreckenanordnung zum Ableiten von schädlichen Störgrößen durch Überspannungen nach DE 200 20 771 U l ist unmittelbar über ein dort vorhandenes leitfähiges Gehäuse zur Bildung einer Teilfunkenstrecke im Entladungsraum eine Triggerspannung anlegbar. Uber die Teilfunkenstrecke wird die Hauptfunkenstrecke zwischen den Hauptelektroden gezündet. Weiterhin kommt dort ein Zündtransformator zum Einsatz, der Bestandteil der Triggereinrichtung ist.
Zündtransformatoren benötigen jedoch einen nicht unerheblichen Bauraum. Darüber hinaus ist die Größe der im Zündtransformator sekundärseitig generierten Zündspannung von der primärseitigen Stromänderung di/dT abhängig. Wenn ein solcher Stromimpuls nicht über eine ausreichende Steilheit verfügt, genügt die sekundärseitige auftretende Spannung nicht, um die
Funkenstrecke sicher durchzuzünden.
Wenn die Triggerelektrode mit einer der Hauptelektroden in Verbindung steht, kann ein Zündtransformator entfallen. Während des Zündvorganges wird bei derartigen Lösungen zwischen einer der Hauptelektroden und der Trigger- elektrode eine Gleitentladung ausgelöst, die nach einer bestimmten Zeit die weitere Hauptelektrode erreicht und den Zündvorgang auslöst.
Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der DE 101 46 728 B4 offenbart.
Derartige Triggerelektroden haben permanent elektrischen Kontakt zu einer der beiden Hauptelektroden. Dies bedeutet, dass keine galvanische Trennung der Hauptpotentiale vorliegt. Aus diesem Grunde muss in den Triggerstrom- kreis ein spannungsschaltendes Element, zum Beispiel in Form eines
Gasableiters, geschalten werden.
Aus der DE 10 2011 102 937 Al ist eine Anordnung zur Zündung von
Funkenstrecken vorbekannt, welche eine an oder in einer der Hauptelektroden befindliche, gegenüber diesen Hauptelektroden isolierten Triggerelektrode aufweist und mit der das Ansprechverha lten in einem großen Bereich
vorgebbar ist.
Diesbezüglich weist die gattungsbildende Lösung eine Triggerelektrode auf, die mit einer Isolationsschicht und einer Schicht aus einem Material mit geringerer Leitfähigkeit als das Material einer der Hauptelektroden eine
Sandwichstruktur bildet. Die Isolationsschicht ist bevorzugt als dünne Folie oder Lackschicht ausgebildet. Die Schicht aus dem Material geringerer Leitfähigkeit steht mit einer der Hauptelektroden in Kontakt oder liegt auf dieser auf.
Das Schichtdielektrikum der Sandwichstruktur stellt sich als eine
Reihenschaltung einer ersten Teilkapazität mit dem Dielektrikum der
Isolationsstrecke und einer zweiten Teilkapazität mit dem Material geringerer Leitfähigkeit als Dielektrikum dar, wobei die Teilkapazitäten sehr gering gewählt sind.
Das Material M der Sandwichstruktur besitzt eine vielfach schlechtere
Leitfähigkeit als das Material einer der Hauptelektroden. Über die Dicke der Schicht aus dem Material M erfolgt eine Verlängerung des Zündlichtbogens.
Die dünne Isolationsstrecke zwischen der Triggerelektrode und der Schicht aus schlecht leitendem Material kann bevorzugt durch Leiterplatten realisiert werden. Die Triggerelektrode entspricht dann der aufgebrachten Leiterbahn und die Isolationsschicht der darüber befindlichen Lackschicht, wobei ein stirnseitiger Abschnitt lackschichtfrei bleibt.
Die vorbekannte Lösung nach DE 10 2011 102 937 Al, deren Offenbarungs - inhalt zum Gegenstand der vorliegenden Anmeld ung erklärt wird, schafft einen Plasma-Jet oder Plasma-Strahl im Fußpunktbereich einer bevorzugt als Hörnerfunkenstrecke ausgebildeten Anordnung . Dieser Strahl führt zu einer starken und schnellen zielgerichteten Bewegung von ionisierten Gasen und Ladungsträgern. Dieser Transport wird dazu genutzt, um die Zündung der Hauptstrecke zwischen den Hauptelektroden deutlich zu beschleunigen, wodurch die Belastung der Triggerelektrode und der Sandwichstruktur reduziert werden kann und die Restspannung der Funkenstrecke sinkt.
Der vorstehend erläuterte Plasma-Jet-Effekt ist gekennzeichnet durch die Ausprägung einer bevorzugten Richtung der ionisierten Gasströmung. Es können gemäß dem Stand der Technik Maßnahmen ergriffen werden, die zum einen die Entstehung des Strahles, aber auch die Richtung beeinflussen, so dass der Effekt einer raschen Zündung der Hauptstrecke entsteht. Zur Überwindung der Luftstrecke zwischen den Hauptelektroden ist der vorge- schlagene Strahl mit seiner sehr effektiven Ionisierung von Luftdistanzen besonders geeignet, was wiederum für ein effektives Betreiben der bevor- zugten Hörnerfunkenstrecke sorgt. Durch die Elektrodenanordnung sowie die Isolationsschicht und die Schicht aus dem Material mit geringerer Leitfähigkeit ergibt sich eine bevorzugte Ausrichtung ansonsten nur stochastischer
Plasma-Jets. Insbesondere das Material mit geringerer Leitfähigkeit kann zur Gasabgabe geeignet sein, dass eine weitere gezielte Erzeugung des Plasma- Jets ermöglicht.
Die Lösung nach DE 10 2011 102 937 Al bietet gegenüber klassischen, unisolierten Stromtriggerungsverfahren den Vorteil einer sehr schnellen Zündung der Hauptfunkenstrecke, wodurch alle anderen Komponenten der Funkenstreckenanordnung energetisch geringer belastet werden und somit miniaturisiert auslegbar sind.
Nachteilig ist jedoch die Tatsache, dass auch kleinste, relativ energieschwa che Impulse von Überspannungsereignissen genügen, um die Gesamtfunkenstrecke zu zünden. Hierdurch ergibt sich eine mögliche nachteilige Alterung der entsprechenden Überspannungsableiteranordnung.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ei ne weiter- entwickelte Anordnung zur Zündung von Funkenstrecken unter Nutzung einer Triggerelektrode anzugeben, wobei diesbezüglich auf das Grundprinzip der Plasma-Jet-Zündung zurückgegriffen werden soll, um die hierdurch gegebenen Vorteile zu nutzen, andererseits aber auch sicherzustellen ist, dass keine vorzeitige Alterung entsprechend ausgerüsteter Überspannungsableiter mit derartigen Funkenstrecken resultiert, indem bei geringen Energiegehalten von Überspannungsereignissen verhindert wird, dass der eigentliche Überlast- bereich zwischen den Hauptelektroden, insbesondere den Hauptelektroden einer Hörnerfunkenstrecke, aktiviert wird.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Anordnung gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Demnach wird von einer Anordnung zur Zündu ng von Funkenstrecken mit einer an oder in einer der Hauptelektroden befindlichen, gegenüber dieser Hauptelektrode isolierten Triggerelektrode ausgegangen. Die Triggerelektrode ist mit der weiteren Hauptelektrode über mindestens ein spannungsschaltendes oder spannungsüberwachsendes Element elektrisch verbindbar.
Zwischen der Hauptelektrode und der weiteren Hauptelektrode besteht ein Luftspalt.
Die Triggerelektrode bildet mit einer Isolationsschicht und einer Schicht aus einem Material mit geringerer Leitfähigkeit als das Material einer der Hauptelektroden eine Sandwichstruktur.
Die Isolationsschicht ist bevorzugt als dünne Folie oder Lackschicht
ausgebildet. Die Schicht aus dem Material geringerer Leitfähigkeit steht mit einer der Hauptelektroden in Kontakt oder liegt auf dieser auf.
Erfindungsgemäß wird die Anordnung nun so weitergebildet, dass eine energetische Grenze bzw. ein energetischer Schwellwert festlegbar ist, wobei unterhalb des festgelegten Grenz- oder Schwellwertes energetisch schwache Überspannungsereignisse ohne Ansprechen der Funkenstrecke zwischen den Hauptelektroden abgeleitet werden. Tritt ein Überschreiten des Grenz- oder Schwellwertes ein, erfolgt der entsprechend getriggerte Ableitvorgang durch Zünden der Hauptfunkenstrecke.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht nun weiterhin darin, für die Grenz- oder Schwellwertfestlegung und die hierfür vorzusehenden Mittel nur auf solche zurückzugreifen, die in die Funkenstrecke selbst räumlich und baulich integrierbar sind. Eine zusätzliche externe Beschaltung bei gegebenenfalls notwendigen Gehäusedurchführungen und sonstigen baulichen Maßnahmen gilt es explizit auszuschließen.
Demnach wird erfindungsgemäß für ein Ableiten energetisch schwacher Überspannungsereignisse ohne Ansprechen der zwischen den Hauptelektroden gebildeten Funkenstrecke die Isolationsschicht der Sandwichstruktur außerhalb des Zündbereiches unterbrochen. Alternativ oder ergänzend ist zwischen der Triggerelektrode und der Hauptelektrode in die Funkenstrecke integriert ein das Ansprechverhalten beeinflussendes elektrisches Bauelement geschalten. Durch die Unterbrechung der Isolationsschicht ist eine el ektrische Verbindung zwischen der Triggerelektrode und der Schicht geringerer Leitfähigkeit gebildet, wobei durch die begrenzte Leitfä higkeit bzw. den Widerstand der Schicht geringerer Leitfähigkeit der ableitbare Energiegehalt des
Überspannungsereignisses bestimmbar ist. Hierdurch wiederum kann der vorerwähnte Grenz- oder Schwellwert festgelegt werden.
Bei einer Ausführungsform ist das vorerwähnte elektrische Bauelement ein integrierbarer, miniaturisierter Widerstand .
Überspannungsereignisse mit kleinsten Energiegehalten, zum Beispiel
Burst-Impulse, führen im Allgemeinen nicht mehr zum Zünden der Gesamt- funkenstrecke, da die geringe bzw. minimale Impulsenergie in der Schicht geringerer Leitfähigkeit abgebaut wird .
Ist der Energiegehalt der Überspannung bzw. des Überspannungsereignisses höher, zündet die Gesamtfunkenstrecke quasi verzögert. Übersteigt die
Energie des Impulses ein vorgegebenes Maß, fällt an der Schicht geringerer Leitfähigkeit eine so hohe Spannung ab, dass die Zündhilfsfunkenstrecke zündet und somit die Hauptfunkenstrecke gezündet werden kann. Das Maß der Verzögerung kann über die konstruktive Gestaltung und die Materialgrößen bzw. Materialeigenschaften beeinflusst werden. Das Zünden der Zündhilfs - funkenstrecke erfolgt durch einen Überschlag der Isolationsstrecke im
Zündbereich.
Bei all den Überspannungen mit größeren Energiegehalten, zum Beispiel bei direkten oder indirekten Blitzimpulsen, zündet die Hauptfunkenstrecke vergleichbar schnell, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Triggerelektrode durch eine
Leiterbahn einer Folienleiterplatte und die Isolationsschicht durch eine isolierende Abdeckung, insbesondere eine Lackschicht auf der Leiterbahn gebildet.
Für die Unterbrechung ist die isolierende Abdeckung freigelegt, so dass der freigelegte Abschnitt der Leiterbahn mit der Schicht geringerer Leitfähigkeit in Verbindung bringbar ist. Die Schicht geringerer Leitfähigkeit kann bevorzugt aus einem leitfähigen Kunststoffmaterial bestehen oder aus einem Material mit einem
Kohlefaseranteil gebildet werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen :
Fig. 1 ein Ersatzschaltbild mit der prinzipiellen Anordnung von
Hauptelektroden einer Funkenstrecke sowie einer Sandwich- Struktur, umfassend eine Triggerelektrode mit einer Isolations- schicht sowie einer Schicht aus einem Material geringerer
Leitfähigkeit als das Material einer der Hauptelektroden und Parallelschaltung eines elektrischen Bauelementes in Form eines Widerstandes zwischen Triggerelektrode und zugehöriger Hauptelektrode sowie
Fig. 2 eine Darstellung ähnlich nach Fig. 1, jedoch mit angedeuteter
Unterbrechung der Isolationsschicht, so dass die Triggerelektrode außerhalb des Zündbereiches in Kontakt zur Schicht mit dem Material geringerer Leitfähigkeit gelangt, um bei geringen
Energiegehalten eines Überspannungsereignisses ein unmittelbares Ableiten ohne Ansprechen der Gesamt-Funkenstrecke zu erreichen.
Die Darstellung nach den Figuren 1 und 2 umfasst eine elektrische leitfähige Triggerelektrode T, die von einer Isolationsschicht I in Richtung der
Hauptelektrode H2 bedeckt ist.
Der Isolationsschicht I folgt eine Schicht aus einem Material M mit geringerer Leitfähigkeit.
Die Schicht aus dem Material M liegt auf der Oberfläche der zweiten
Hauptelektrode H2 auf.
Über eine Verbindung A können externe Elemente zwischen Triggerelektrode T und der Hauptelektrode Hl geschalten werden. Die dort vorgesehenen Mittel können zum Beispiel Gasableiter, Varistoren, Dioden oder ähnliche elektrische Bauelemente umfassen.
Die durch die Hauptelektroden Hl und H2 gebildete Funkenstrecke kann als
Hörnerfunkenstrecke ausgebildet sein und ist elektrisch zwischen den Pfaden L und N/PEN geschalten.
Die dargestellte Konfiguration entspricht im Prinzip der Anordnung zur Plasma - Jet-Erzeugung nach DE 10 2011 102 937 Al und den dortigen Erläuterungen zum konstruktiven Aufbau. Insofern wird offenbarungsseitig auf die diesbezüg - lichen Darlegungen in der DE 10 2011 102 937 Al verwiesen, die das Wissen des hier relevanten Fachmannes verkörpern.
Erfindungsgemä ß wird nach Fig . 1 zwischen der Triggerelektrode T und der Hauptelektrode H2 ein das Ansprechverhalten beeinflussendes elektrisches Bauelement R geschalten. Der Wert des Widerstandes R bestimmt das
Ansprechverhalten und damit einen energetischen Grenzwert bezogen auf den Zündvorgang der entsprechenden Funkenstrecke.
Bei geringen Energiegehalten entsprechender Überspannungsereignisse reicht der über den Widerstand R sich ergebende Spannungsabfall nicht aus, um eine Zündung im Zündbereich der Anordnung zu ermöglichen. Es gelingt also durch die Anordnung des Widerstandes R energieschwache Überspannungsereignisse unmittelbar abzuleiten, ohne dass die Hauptfunkenstrecke anspricht und hierdurch unnötig altert.
Gemäß der Darstellung nach Fig. 2 ist anstelle der Pa rallelschaltung des Widerstandes R eine vollintegrierte Lösung gezeigt.
Diesbezüglich wird die dünne Isolationsschicht I außerhalb des Zünd - und Überschlagsbereiches unterbrochen, so dass eine leitfähige Verbindung der Triggerelektrode T mit dem Material geringerer Leitfähigkeit M erfolgt.
Hierdurch wird bedingt durch den Widerstandswert des Materials M eine
Möglichkeit geschaffen, Überspannungsereignisse über den Pfad Trigger- elektrode, Material geringerer Leitfähigkeit M und Hauptelektrode H2
abzuleiten, ohne dass es zu einem Ansprechen der Hauptfunkenstrecke zwischen den Elektroden H l und H2 kommt. In einem solchen Fall ist also der Energiegehalt der Überspannung so niedrig, dass nur ein sehr kleiner Strom fließt und die im schlecht leitfähigen Material M abfallende Spannung nicht ausreicht, die Isolationsschicht I zu über- schlagen. Damit spricht der Überschlagsbereich nicht an und es wird die Überspannung allein durch den Energieabbildbereich abgeleitet.
Steigt hingegen der Strom aufgrund eines Überspannungsereignisses sehr stark an, so dass die im Material M abfallende Spannung die Isolationsschicht I überschlägt und ein Zündfunken generiert, kommt es zur Zündung der Gesamt- Funkenstrecke.
Es kommt bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung der Schicht aus dem Material M nicht nur die Aufgabe der Verlängerung des Zündlichtbogens durch Verlängerung der direkten Überschlagsstrecke von der Triggerelektrode T zur Hauptelektrode H2 zu, vielmehr wird der Widerstandswert des schlecht leitfähigen Materials über die Kontaktierung der Triggerelektrode mit der Schicht M genutzt, um schwache Überspannungsereignisse abzuleiten. Durch diese Ausgestaltung kann auf jedwede separate elektrische oder elektronische Bauelemente zur Steuerung des Ansprechverhaltens, insbesondere bei sehr schwachen Überspannungsereignisse, komplett verzichtet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Zündung von Funkenstrecken mit einer an oder in einer der Hauptelektroden (H2) befindlichen, gegenüber dieser Hauptelektrode (H 2) isolierten Triggerelektrode (T), wobei die Triggerelektrode (T) mit der weiteren Hauptelektrode (H l) über mindestens ein spannungsschaltendes oder spannungsüberwachendes Element (A) elektrisch verbindbar ist und zwischen der Triggerelektrode (T) und der weiteren Hauptelektrode (H l) ein Luftspalt besteht, wobei die Triggerelektrode (T) mit einer Isolationsschicht (I) und einer Schicht aus einem Material (M) mit geringerer Leitfähigkeit als das Material einer der Hauptelektroden (H l, H2) eine Sandwichstruktur bildet, die Isolationsschicht (I) als dünne Folie oder Lackschicht ausgebildet ist und die Schicht aus dem Material (M) geringerer Leitfähigkeit mit einer der
Hauptelektroden (H2) in Kontakt steht oder auf dieser aufliegt,
dadurch gekennzeichnet, dass
für ein Ableiten energetisch schwacher Überspannungsereignisse ohne
Ansprechen der zwischen den Hauptelektroden (H l; H2) gebildeten
Funkenstrecke die Isolationsschicht (I) der Sandwi chstruktur außerhalb des Zündbereiches unterbrochen ist und/oder zwischen der Triggerelektrode (T) und der Hauptelektrode (H 2) ein das Ansprechverhalten beeinflussendes elektrisches Bauelement geschalten ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch die Unterbrechung (U) der Isolationsschicht (I) eine elektrische
Verbindung zwischen der Triggerelektrode (T) und der Schicht (M) gebildet ist, wobei die begrenzte Leitfähigkeit bzw. der Widerstand der Schicht (M) den ableitbaren Energiegehalt des Überspannungsereignisses bestimmt.
3. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elektrische Bauelement ein Widerstand (R) ist.
4. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei geringem Energiegehalt des Überspannungsereignisses durch das
elektrische Bauelement (R) und/oder die Schicht (M) ein Strom zur Hauptelektrode (H 2) fließt, wobei das Maß des Spannungsabfalles am elektrischen Bauelement (R) und/oder an der Schicht (M) bestimmt, ob die Überspannung unmittelbar abgeleitet wird oder ob der Spannungsabfall zu einem Überschlag der Isolationsstrecke (I) im Zündbereich bzw.
Überschlagsbereich (Z) und damit zur Zündung der Funkenstrecke zwischen den Hauptelektroden (H l und H2) führt.
5. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Triggerelektrode (T) durch eine Leiterbahn einer Folienleiterplatte und die Isolationsschicht (I) durch eine isolierende Abdeckung, insbesondere
Lackschicht, auf der Leiterbahn gebildet ist, wobei für die Unterbrechung (U) die isolierende Abdeckung freigelegt ist, und der freigelegte Bereich mit der Schicht (M) in Verbindung steht.
6. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schicht (M) aus einem leitfähigen Kunststoffmaterial besteht.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schicht (M) aus einem Material mit Kohlefaseranteil besteht.
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