DE102017118231A1

DE102017118231A1 - Triggerable spark gap with flat design and use of a spark gap

Info

Publication number: DE102017118231A1
Application number: DE102017118231.4A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Däumer; Frank Werner
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2019-02-14
Also published as: WO2019029929A1

Abstract

Es wird eine zuverlässig arbeitende triggerbare Funkenstrecke mit kleinen Abmessungen angegeben. Die Funkenstrecke hat eine Bodenplatte und eine Kappe. Auf der Bodenplatte sind eine Kathode, eine Anode und eine Triggerelektrode als leitfähige Beschichtungen ausgeführt.

It is given a reliable working triggerable spark gap with small dimensions. The spark gap has a bottom plate and a cap. On the bottom plate, a cathode, an anode and a trigger electrode are designed as conductive coatings.

Description

Die Erfindung betrifft triggerbare Funkenstrecken, insbesondere solche mit flacher Bauform, und mögliche Verwendungen solcher Funkenstrecken.The invention relates to triggerable spark gaps, in particular those with a flat design, and possible uses of such spark gaps.

Triggerbare Funkenstrecken (auch getriggerte Funkenstrecken genannt) stellen eine Möglichkeit dar, kurzzeitige elektrische Ströme hoher elektrischer Leistung zu schalten. Damit bieten sie technische Alternativlösungen zu Halbleiterschaltern und mechanischen Schaltern.Triggerable spark gaps (also called triggered spark gaps) represent a possibility of switching short-time electrical currents of high electrical power. They thus offer technical alternatives to semiconductor switches and mechanical switches.

Es gibt Funkenstrecken für hohe Ströme im Kiloampere-Bereich für Spannungen im Kilovolt-Bereich, die dazu einen zylindrischen Aufbau aufweisen. Funkenstrecken sind z. B. aus dem Beitrag „A planar micro spark gap switch with a triggering electrode“ von H. Shen, Z. Yang, G. Ding, Z. Zhou und X. Zhao (Micro and Nano-Systems, 2011, 3, Seiten 354 - 359) bekannt. Ferner sind Funkenstrecken aus der Veröffentlichungsschrift CN 101814701 A bekannt.There are spark gaps for high currents in the kilo-ampere range for voltages in the kilovolt range, which have a cylindrical structure to do so. Spark gaps are z. B. from the article "A planar micro spark gap switch with a triggering electrode" by H. Shen, Z. Yang, G. Ding, Z. Zhou and X. Zhao (Micro and Nano-Systems, 2011, 3, p - 359). Furthermore, spark gaps are from the publication CN 101814701 A known.

Allerdings besteht der Wunsch, Funkenstrecken mit kleinerer Bauform zu haben, die dennoch notwendigerweise hohe elektrische Leistungen, z. B. hohe elektrische Ströme bei hohen elektrischen Spannungen, in kurzer Zeit schalten können. Dabei sollen Funkenstrecken eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen und eine Vielzahl an Schaltvorgängen ermöglichen. Insbesondere für den transportablen Betrieb elektrischer Vorrichtungen werden sehr kleine und raumsparende Funkenstrecken benötigt.However, there is a desire to have spark gaps with a smaller design, which nevertheless necessarily high electrical power, such. B. high electrical currents at high voltages, can switch in a short time. This spark gaps should have a high reliability and allow a variety of switching operations. Especially for the transportable operation of electrical devices very small and space-saving spark gaps are needed.

Dafür wird eine Funkenstrecke gemäß Anspruch 1 angegeben. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.For a spark gap according to claim 1 is given. Dependent claims indicate advantageous embodiments.

Die triggerbare Funkenstrecke umfasst eine Bodenplatte, eine Kappe, eine Kathode, eine Anode und eine Triggerelektrode. Die Bodenplatte und die Kappe umschließen einen Hohlraum. Die Kathode, die Anode und die Triggerelektrode sind im Hohlraum auf der Bodenplatte angeordnet. Die Kathode, die Anode und die Triggerelektrode sind als leitfähige Beschichtung auf der Bodenplatte ausgeführt.The triggerable spark gap comprises a bottom plate, a cap, a cathode, an anode and a trigger electrode. The bottom plate and the cap enclose a cavity. The cathode, the anode and the trigger electrode are arranged in the cavity on the bottom plate. The cathode, the anode and the trigger electrode are designed as a conductive coating on the bottom plate.

Im Gegensatz zu bekannten triggerbaren Funkenstrecken, die für hohe elektrische Leistungen große Bauformen benötigen, wird somit eine flächenhaft ausgestaltete, zweidimensionale Konstruktion mit flächenhaft ausgestalteten, im Wesentlichen zweidimensional strukturierten Elektroden angegeben, so dass eine deutlich reduzierte Bauhöhe der Funkenstrecke erhalten werden kann, ohne elektrische Eigenschaften und die Zuverlässigkeit zu verschlechtern. Durch die im Wesentlichen zweidimensionale Konstruktion der Elektroden, die dadurch erhalten wird, dass die Elektroden als leitfähige Beschichtung ausgeführt sind, sind Entladungen möglich, die sowohl einen Gasentladungsanteil als auch einen Gleitentladungsanteil aufweisen können.In contrast to known triggerable spark gaps, which require large designs for high electrical outputs, a two-dimensional construction with areally configured, essentially two-dimensionally structured electrodes is thus specified, so that a significantly reduced overall height of the spark gap can be obtained without electrical properties and to degrade the reliability. By the substantially two-dimensional construction of the electrodes, which is obtained by the fact that the electrodes are designed as a conductive coating, discharges are possible, which can have both a gas discharge component and a sliding discharge component.

Vorteilhafte Geometrien für die zweidimensionalen Elektrodenstrukturen sind weiter unten aufgeführt.Advantageous geometries for the two-dimensional electrode structures are listed below.

Es ist möglich, dass die Bodenplatte und/oder die Kappe aus Materialien bestehen, die ausgewählt sind aus: Einer Keramik, einer ein Aluminiumoxid umfassenden Keramik, einer Al₂O₃ umfassenden Keramik, Al₂O₃.It is possible that the bottom plate and / or the cap are made of materials selected from: a ceramic, a ceramic comprising alumina, a ceramic comprising Al ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃ .

Die Verwendung von Aluminiumoxid als Material für die Bodenplatte oder die Kappe ermöglicht eine hermetische Abdichtung des Hohlraums. Die Bodenplatte und die Kappe können durch eine Lotverbindung mechanisch fest und hermetisch dicht miteinander verbunden sein. Aluminiumoxid ist ein guter Isolator und chemisch inert, so dass eine hohe Zuverlässigkeit und gute elektrische Eigenschaften erhalten werden können. Es ist somit möglich, dass die triggerbare Funkenstrecke einige hunderttausend Schaltvorgänge bei im Wesentlichen gleichbleibender Schaltqualität ermöglicht.The use of alumina as the material for the bottom plate or cap allows hermetic sealing of the cavity. The bottom plate and the cap can be mechanically fixed and hermetically sealed together by a solder joint. Aluminum oxide is a good insulator and chemically inert so that high reliability and good electrical properties can be obtained. It is thus possible that the triggerable spark gap allows several hundred thousand switching operations with substantially constant shift quality.

Durch die hermetische Abkapselung wird, z.B. im Vergleich zu Funkenstrecken aus dem o.g. Beitrag, ein verbessertes Bauelement erhalten.By the hermetic encapsulation, e.g. compared to spark gaps from the o.g. Post, get an improved component.

Ein Lotmaterial zwischen Bodenplatte und Kappe kann eine eutektische Legierung, z. B. mit Silber (Ag) und Kupfer (Cu) sein. Die Legierung kann einen Silberanteil von 72 At.% Silber und 18 At.% Kupfer haben.A solder material between the bottom plate and cap can be a eutectic alloy, for. With silver (Ag) and copper (Cu). The alloy may have a silver content of 72 at.% Silver and 18 at.% Copper.

Andere Materialien für das Lot, die Bodenplatte und die Kappe sind ebenfalls möglich. Vorzugsweise besteht die Bodenplatte dabei aus einem isolierenden Material. Bodenplatte und Kappe sind vorzugsweise gasdicht.Other materials for the solder, the bottom plate and the cap are also possible. Preferably, the bottom plate consists of an insulating material. Bottom plate and cap are preferably gas-tight.

Die leitfähige Beschichtung kann aus einer einzigen Lage bestehen oder mehrere Lagen umfassen.The conductive coating may consist of a single layer or comprise multiple layers.

Entsprechend ist es möglich, dass die leitfähige Beschichtung eine erste Lage hat, die Molybdän (Mo), Mangan (Mn), eine Molybdän-Mangan-Legierung und/oder Nickel (Ni) umfasst.Accordingly, it is possible that the conductive coating has a first layer comprising molybdenum (Mo), manganese (Mn), a molybdenum-manganese alloy, and / or nickel (Ni).

Alternativ oder zusätzlich dazu kann die leitfähige Beschichtung eine zweite Lage haben, die Nickel umfasst oder aus Nickel besteht.Alternatively, or additionally, the conductive coating may have a second layer comprising nickel or nickel.

Insbesondere ist es möglich, dass die leitfähige Beschichtung ein Lagensystem aus zwei Lagen ist, wobei die untere Lage die oben genannte erste Lage sein kann und die obere Lage die oben genannte zweite Lage sein kann. Damit hat die leitfähige Beschichtung eine nickelenthaltende Schicht auf einer Molybdän-Mangan-haltigen Metallisierung.In particular, it is possible that the conductive coating is a layer system of two layers, wherein the lower layer may be the above-mentioned first layer and the upper layer may be the above-mentioned second layer. This has the conductive Coating a nickel-containing layer on a molybdenum-manganese-containing metallization.

Die erste Lage der leitfähigen Beschichtung kann eine Dicke zwischen 5 und 25 µm aufweisen. Die zweite Lage der leitfähigen Beschichtung kann eine Dicke zwischen 3 µm und 8 µm haben. Eine bevorzugte Dicke der ersten Lage liegt zwischen 10 und 20 µm. Eine bevorzugte Dicke der zweiten Lage liegt bei etwa 5 µm.The first layer of the conductive coating may have a thickness of between 5 and 25 μm. The second layer of the conductive coating may have a thickness between 3 μm and 8 μm. A preferred thickness of the first layer is between 10 and 20 microns. A preferred thickness of the second layer is about 5 microns.

Es ist ferner möglich, dass die Funkenstrecke einen Pumpstutzen umfasst. Der Pumpstutzen ist durch eine Quetschung verschlossen.It is also possible that the spark gap comprises a pump neck. The pump neck is closed by a pinch.

Über den Pumpstutzen, der während der Herstellung der Funkenstrecke den Hohlraum mit seiner Umgebung verbinden kann, kann der Hohlraum evakuiert und/oder mit einer gewünschten Atmosphäre gefüllt werden. Die Atmosphäre kann dabei N₂ (Stickstoff), H₂ (Wasserstoff) und/oder ein Edelgas umfassen. Das Edelgas kann dabei ausgewählt sein aus Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Das Gas im Hohlraum kann auch verschiedene Edelgase oder Mischungen aus verschiedenen Edelgasen, Stickstoff und Wasserstoff umfassen.The cavity can be evacuated and / or filled with a desired atmosphere via the pump neck, which can connect the cavity to its surroundings during the production of the spark gap. The atmosphere may include N ₂ (nitrogen), H ₂ (hydrogen) and / or a noble gas. The noble gas can be selected from helium, neon, argon, krypton and xenon. The gas in the cavity may also include various noble gases or mixtures of various noble gases, nitrogen and hydrogen.

Ein mögliches Gemisch enthält H₂, N₂ und Argon.One possible mixture contains H ₂ , N ₂ and argon.

Die Zusammensetzung des Gases im Hohlraum und der Druck des Gases im Hohlraum sind dabei so gewählt, dass gewünschte Zündspannungen bei einer vorgegebenen Elektrodengeometrie erhalten werden.The composition of the gas in the cavity and the pressure of the gas in the cavity are chosen so that desired ignition voltages are obtained at a given electrode geometry.

So kann der Befülldruck im Hohlraum z.B. 0,5 bar bis 3 bar betragen. Ein möglicher Druck beträgt beispielsweise 2 bar.Thus, the filling pressure in the cavity may e.g. 0.5 bar to 3 bar. A possible pressure is for example 2 bar.

Es ist möglich, dass die zweidimensionale Konstruktion der Kathode zwei parallele, geradlinige Kanten umfasst. Die beiden Kanten sind jeweils auf beiden Seiten durch Bögen, z. B. durch runde Bögen verbunden.It is possible that the two-dimensional construction of the cathode comprises two parallel, rectilinear edges. The two edges are each on both sides by bows, z. B. connected by round arches.

Es ist möglich, dass die zweidimensionale Konstruktion der Triggerelektrode einen ersten, runden Abschnitt und einen zweiten, länglichen Abschnitt umfasst. Der längliche Abschnitt ist durch eine Rundung auf der dem runden Abschnitt gegenüberliegenden Ende abgeschlossen.It is possible that the two-dimensional construction of the trigger electrode comprises a first, round portion and a second, elongated portion. The elongated section is completed by a rounding on the opposite end of the round section.

Es ist möglich, dass die zweidimensionale Konstruktion der Anode einen halbkreisförmigen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt mit zwei Teilbereichen umfasst. Jeder der beiden Teilbereiche des zweiten Abschnitts ist jeweils über einen länglichen Abschnitt mit dem ersten Abschnitt der Anode verbunden.It is possible that the two-dimensional construction of the anode comprises a semicircular first portion and a second portion with two portions. Each of the two sections of the second section is connected to the first section of the anode via an elongated section.

Es ist möglich, dass der längliche Abschnitt der Triggerelektrode zwischen den beiden Teilbereichen des zweiten Abschnitts der Anode angeordnet ist. Die Anode umschließt den halbkreisförmigen ersten Abschnitt der Triggerelektrode im Wesentlichen beinahe vollständig, wobei sich die Triggerelektrode und die Anode nicht berühren dürfen, um einen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden.It is possible that the elongated portion of the trigger electrode is disposed between the two portions of the second portion of the anode. The anode substantially completely encloses the semicircular first portion of the trigger electrode, with the trigger electrode and the anode not being allowed to touch to avoid electrical shorting.

Es ist möglich, dass der Abstand zwischen Kathode und Anode zwischen 1 mm und 3 mm beträgt. Der Abstand zwischen Anode und Triggerelektrode kann 0,5 mm betragen. Der Abstand zwischen Kathode und Triggerelektrode ist vorzugsweise kleiner als der Abstand zwischen Kathode und Anode.It is possible that the distance between cathode and anode is between 1 mm and 3 mm. The distance between anode and trigger electrode can be 0.5 mm. The distance between the cathode and the trigger electrode is preferably smaller than the distance between the cathode and the anode.

Derartig geformte zweidimensionale Strukturen der Elektroden ermöglichen den oben genannten Gleitladungsanteil, so dass eine Funkenstrecke mit niedriger Bauhöhe erhalten werden kann, obwohl die Funkenstrecke gute elektrische Eigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit bietet. So kann die Funkenstrecke dazu vorgesehen und geeignet sein, bei einem Schaltvorgang eine elektrische Energie zwischen 2 J und 20 J ohne Defekt einige hunderttausend Male zu übertragen.Such shaped two-dimensional structures of the electrodes enable the above-mentioned floating charge ratio, so that a spark gap of low overall height can be obtained, although the spark gap offers good electrical characteristics and high reliability. Thus, the spark gap can be provided and suitable to transmit an electrical energy between 2 J and 20 J without defect a few hundred thousand times during a switching operation.

Ferner ist es möglich, dass die Funkenstrecke einen im Wesentlichen quaderförmigen Körper aufweist, der eine Länge zwischen 50 und 70 mm, eine Breite zwischen 25 und 35 mm und eine Höhe zwischen 15 und 25 mm hat. Kanten und/oder Ecken des im Wesentlichen quaderförmigen Körpers können eine Fase aufweisen oder abgerundet sein.Furthermore, it is possible that the spark gap has a substantially parallelepiped-shaped body having a length between 50 and 70 mm, a width between 25 and 35 mm and a height between 15 and 25 mm. Edges and / or corners of the substantially parallelepiped body may have a bevel or be rounded.

Verglichen mit konventionellen Funkenstrecken wird somit eine Funkenstrecke angegeben, die Ströme im Ampere-Bereich bei Spannungen im Kilovolt-Bereich zuverlässig verarbeiten kann und dabei eine kleine Bauform, besonders eine niedrige Bauform, ermöglicht.Compared with conventional spark gaps, a spark gap is thus specified which can reliably process currents in the ampere range at voltages in the kilovolt range and thereby allows a small design, in particular a low design.

Insbesondere ist es möglich, dass die Funkenstrecke eine Höhe von 20 mm oder weniger aufweist.In particular, it is possible that the spark gap has a height of 20 mm or less.

Eine bevorzugte Breite beträgt 30 mm und eine bevorzugte Länge beträgt 60 mm.A preferred width is 30 mm and a preferred length is 60 mm.

Die Arbeitsspannung der triggerbaren Funkenstrecke, d.h. die Spannung zwischen Kathode und Anode vor dem Auslösen, kann bei einigen kV, z.B. bei 1 kV, 5 kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV, 25 kV oder höher liegen. Bevorzugte Spannungen liegen bei oder in der Nähe von 5 kV, 10 kV und 15 kV. Die Schaltspannung, d.h. die Spannung zwischen Kathode und Triggerelektrode kann im Bereich um 50% bis 75% der Schaltspannung liegen.The working voltage of the triggerable spark gap, i. the voltage between cathode and anode before triggering may be at some kV, e.g. at 1 kV, 5 kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV, 25 kV or higher. Preferred voltages are at or near 5 kV, 10 kV and 15 kV. The switching voltage, i. the voltage between cathode and trigger electrode can be in the range of 50% to 75% of the switching voltage.

Es ist möglich, eine solche triggerbare Funkenstrecke zum Entladen der elektrischen Energie eines geladenen Kondensators in einen elektrischen Schwingkreis zu verwenden. It is possible to use such a triggerable spark gap for discharging the electrical energy of a charged capacitor into an electrical resonant circuit.

Es ist ferner möglich, eine solche Funkenstrecke in einer tragbaren elektrischen Vorrichtung zu verwenden.It is also possible to use such a spark gap in a portable electrical device.

Eine Kombination aus Kondensator mit hoher Kapazität und der Funkenstrecke ergibt eine geeignete Energiequelle für elektrische Vorrichtungen zur Erzeugung von Ultraschallwellen. Entsprechende Ultraschallwellen können dazu verwendet werden, Nierensteine zu verkleinern (z.B. im Rahmen einer Lithotripsie). Das Funktionsprinzip der Funkenstrecke und Details möglicher Ausführungsformen sind in den schematischen Figuren näher erläutert.A combination of high capacity capacitor and the spark gap provides a suitable power source for electrical devices for generating ultrasonic waves. Corresponding ultrasound waves can be used to reduce kidney stones (for example in the context of lithotripsy). The functional principle of the spark gap and details of possible embodiments are explained in more detail in the schematic figures.

Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Funkenstrecke.
2 einen Querschnitt durch eine Funkenstrecke.
3 eine Draufsicht auf die Elektrodenstrukturen auf der Bodenplatte.
4 eine perspektivische Ansicht der Bodenplatte mit Elektrodenstrukturen.
5 typische charakteristische Abmessungen der Funkenstrecke.

Show it:

1 a perspective view of a spark gap.
2 a cross section through a spark gap.
3 a plan view of the electrode structures on the bottom plate.
4 a perspective view of the bottom plate with electrode structures.
5 typical characteristic dimensions of the spark gap.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht der triggerbaren Funkenstrecke TFS, wobei der Begriff „Funkenstrecke“ synonym zum Begriff Funkenstrecken-Bauelement verwendet wird. Die Funkenstrecke TFS hat eine Bodenplatte BP und eine Kappe KP. An der Unterseite der Bodenplatte sind ein Einfüllstutzen ES, ein Kathodenanschluss KA, ein Triggeranschluss TA und ein Anodenanschluss AA angeordnet. Über den Kathodenanschluss KA, den Triggeranschluss TA und den Anodenanschluss AA kann die Funkenstrecke mit einer externen Schaltungsumgebung verschaltet werden. Über den Einfüllstutzen ES kann der Hohlraum zwischen Kappe KP und Bodenplatte BP evakuiert, d.h. ein darin befindliches Gas abgepumpt, und gegebenenfalls anschließend mit einer gewünschten atmosphärischen Zusammensetzung gefüllt werden. Anschließend kann durch Umknicken und Quetschen des Einfüllstutzens ES der Hohlraum im Inneren von der Umgebung der Funkenstrecke hermetisch isoliert werden. Das Material der Kappe KP, der Bodenplatte BP und einer Lotverbindung zwischen Kappe und Bodenplatte sind vorzugsweise so gewählt, dass eine hermetisch dichte Abkapselung des Hohlraums erhalten wird. 1 shows a perspective view of the triggerable spark gap TFS , wherein the term "spark gap" is used synonymously with the term spark gap component. The spark gap TFS has a bottom plate BP and a cap KP , At the bottom of the bottom plate are a filler neck IT , a cathode connection KA , a trigger connection TA and an anode connection AA arranged. Via the cathode connection KA , the trigger connector TA and the anode connection AA the spark gap can be interconnected with an external circuit environment. About the filler neck IT can the cavity between cap KP and bottom plate BP evacuated, ie pumped out a gas therein, and optionally then be filled with a desired atmospheric composition. Subsequently, by folding over and squeezing the filler neck IT the cavity inside be hermetically isolated from the vicinity of the spark gap. The material of the cap KP , the bottom plate BP and a solder connection between the cap and bottom plate are preferably selected so that a hermetically sealed enclosure of the cavity is obtained.

2 zeigt einen Querschnitt durch die triggerbare Funkenstrecke TFS. Die Lotverbindung LV verbinden die Bodenplatte BP mit der Kappe KP luftdicht und mechanisch fest. Der Einfüllstutzen ES ragt durch die Bodenplatte BP, so dass ein Gasaustausch möglich ist, so lange der Einfüllstutzen ES noch nicht durch Abknicken oder Quetschen verschlossen ist. Der Kathodenanschluss KA ist mit der flächig ausgestalteten Elektrodenbeschichtung an der Oberseite der Bodenplatte BP verbunden. Der Triggeranschluss ist mit der ebenfalls flächig ausgestalteten Metallisierung der Triggerelektrode verbunden. Der Anodenanschluss AA ist mit der ebenfalls flächig ausgestalteten Metallisierung der Anode verbunden. 2 shows a cross section through the triggerable spark gap TFS , The solder connection LV connect the bottom plate BP with the cap KP airtight and mechanically strong. The filler neck IT protrudes through the bottom plate BP so that a gas exchange is possible as long as the filler neck IT not yet closed by kinking or crushing. The cathode connection KA is with the flat electrode coating on the top of the bottom plate BP connected. The trigger connection is connected to the likewise areally configured metallization of the trigger electrode. The anode connection AA is connected to the also flat designed metallization of the anode.

Während des Betriebs der Funkenstrecke TFS können der Kathodenanschluss KA und der Anodenanschluss AA mit Elektroden eines Kondensators verschaltet sein. An den Elektroden des Kondensators kann im geladenen Zustand eine Spannung von einigen Kilovolt anliegen. Je nach elektrischem Potential, das am Triggeranschluss TA anliegt, findet kein Ladungstransport von der Kathode zur Anode statt bzw. wird eine elektrische Funkenentladung von der Kathode zur Anode getriggert. Diese Aktivierung der Funkenstrecke geschieht dabei bei einem elektrischen Potential, mit dem die Triggerelektrode beaufschlagt ist, wobei der Wert des Potentials von der Elektrodengeometrie, insbesondere den Elektrodenabständen und der Form der zweidimensionalen Elektrodenstruktur sowie vom Druck und von der Zusammensetzung der Atmosphäre im Hohlraum H abhängt.During the operation of the spark gap TFS can the cathode connection KA and the anode connection AA be connected with electrodes of a capacitor. A voltage of a few kilovolts may be applied to the electrodes of the capacitor in the charged state. Depending on the electrical potential at the trigger connection TA is present, there is no charge transport from the cathode to the anode or an electric spark discharge from the cathode to the anode is triggered. This activation of the spark gap occurs at an electrical potential applied to the trigger electrode, the value of the potential being dependent on the electrode geometry, in particular the electrode spacings and the shape of the two-dimensional electrode structure, as well as on the pressure and the composition of the atmosphere in the cavity H depends.

3 zeigt eine mögliche Geometrie der Kathode K, der Anode A und der Triggerelektrode TE. Die Kathode K kann eine erste Kante K1 und eine zweite Kante K2 aufweisen. Die erste Kante K1 und die zweite Kante K2 sind dabei an ihren jeweils in die gleiche Richtung weisenden Enden durch Bögen KB verbunden. Die zweite Kante K2 zeigt in Richtung der Anode A und in Richtung der Triggerelektrode TE. Die erste Kante K1 ist an der Seite, die von der Anode A wegweist, angeordnet. 3 shows a possible geometry of the cathode K , the anode A and the trigger electrode TE , The cathode K can be a first edge K1 and a second edge K2 exhibit. The first edge K1 and the second edge K2 are doing at their respective pointing in the same direction ends by bows KB connected. The second edge K2 points in the direction of the anode A and in the direction of the trigger electrode TE , The first edge K1 is on the side of the anode A points away, arranged.

Die Triggerelektrode TE hat einen ersten, runden Abschnitt TE1 und einen zweiten, länglichen Abschnitt TE2. Der längliche Abschnitt ist durch eine Rundung TER auf dem dem runden Abschnitt TE1 gegenüberliegenden Ende abgeschlossen.The trigger electrode TE has a first, round section TE1 and a second, elongated section TE2 , The elongated section is by a rounding TER on the round section TE1 completed the opposite end.

Die Anode hat einen halbkreisförmigen ersten Abschnitt A1 und einen zweiten Abschnitt A2 mit zwei Teilbereichen TB1, TB2 (vgl. 5). Jeder der beiden Teilbereiche ist durch einen länglichen Abschnitt ALA1, ALA2 mit dem ersten runden Abschnitt A1 der Anode verbunden. Die beiden Teilbereiche TB1, TB2 weisen ebenfalls geradlinige Kanten an dem zur Kathode K gerichteten Ende der Anode A auf.The anode has a semicircular first section A1 and a second section A2 with two sections TB1 . TB2 (see. 5 ). Each of the two subregions is defined by an elongated section ALA1 . ALA2 with the first round section A1 connected to the anode. The two subareas TB1 . TB2 also have straight edges at the cathode K directed end of the anode A on.

4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Bodenplatte BP mit darauf angeordneten Metallisierungen, die die lötfähige Verbindung LV und die Elektrodenstrukturen beinhalten. 4 shows a perspective view of the bottom plate BP with thereon arranged metallizations containing the solderable compound LV and include the electrode structures.

5 illustriert charakteristische Abstände, die die Schaltspannung der Funkenstrecke beeinflussen. Der Abstand d1 zwischen Kathode K und Anode A liegt vorzugsweise zwischen 1 mm und 3 mm und kann beispielsweise 2 mm betragen. Der Abstand d2 zwischen der Triggerelektrode TE und der Anode A kann etwa 0,5 mm betragen. Der Abstand zwischen Kathode und der Triggerelektrode d3 ist vorzugsweise kleiner als der Abstand zwischen Kathode und Anode. 5 illustrates characteristic distances that affect the switching voltage of the spark gap. The distance d1 between cathode K and anode A is preferably between 1 mm and 3 mm and may for example be 2 mm. The distance d2 between the trigger electrode TE and the anode A can be about 0.5 mm. The distance between the cathode and the trigger electrode d3 is preferably smaller than the distance between the cathode and the anode.

Die triggerbare Funkenstrecke ist dabei nicht auf die gezeigten technischen Details und Ausführungsformen beschränkt. Funkenstrecken mit zusätzlichen Anschlüssen, z. B. Masseanschlüssen und dergleichen, werden ebenfalls umfasst.The triggerable spark gap is not limited to the technical details and embodiments shown. Spark gaps with additional connections, z. B. ground connections and the like are also included.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

AA: Anodeanode
A1A1: halbkreisförmiger erster Abschnitt der Anodesemicircular first section of the anode
A2A2: zweiter Abschnitt der Anodesecond section of the anode
AAAA: Anodenanschlussanode
ALA1, ALA2ALA1, ALA2: längliche Abschnitte, die Teilbereiche des zweiten Abschnitts der Anode mit dem ersten Abschnitt der Anode verbindenelongated portions connecting portions of the second portion of the anode to the first portion of the anode
BPBP: Bodenplattebaseplate
d1d1: Abstand zwischen Kathode und AnodeDistance between cathode and anode
d2d2: Abstand zwischen Triggerelektrode und AnodeDistance between trigger electrode and anode
d3d3: Abstand zwischen Kathode und TriggerelektrodeDistance between cathode and trigger electrode
ESIT: Einfüllstutzen/PumpstutzenFiller / exhaust tube
HH: Hohlraumcavity
KPKP: Kappecap
KK: Kathodecathode
K1K1: erste Kante der Kathodefirst edge of the cathode
K2K2: zweite Kante der Kathodesecond edge of the cathode
KAKA: Kathodenanschlusscathode
KBKB: Kathodenbogencathodic arc
LVLV: Lotverbindungsolder
TATA: Triggeranschlusstrigger connection
TB1, TB2TB1, TB2: erster, zweiter Teilbereich des zweiten Abschnitts der Anodefirst, second portion of the second portion of the anode
TETE: Triggerelektrodetrigger electrode
TE1TE1: erster, runder Abschnitt der Triggerelektrodefirst, round section of the trigger electrode
TE2TE2: zweiter, länglicher Abschnitt der Triggerelektrodesecond, elongated section of the trigger electrode
TERTER: Rundung der Triggerelektrode, die den länglichen Abschnitt abschließtRounding of the trigger electrode, which closes the elongated section
TFSTFS: triggerbare Funkenstrecketriggerable spark gap

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

CN 101814701 A [0003]

Claims

Triggerable spark gap (TFS), comprising a bottom plate (BP), - a cap (KP), a cathode (K), an anode (A) and a trigger electrode (TE), in which - The bottom plate (BP) and the cap (KP) enclose a cavity (H) and - The cathode (K), the anode (A) and the trigger electrode (TE) in the cavity (H) on the bottom plate (BP) and are designed as a conductive coating.

A spark gap according to the preceding claim, wherein the bottom plate (BP) and / or the cap (KP) are made of materials selected from: a ceramic, a ceramic comprising alumina, a ceramic comprising Al ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃ ,

A spark gap according to any one of the preceding claims, wherein the conductive coating has a first layer comprising Mo, Mn, a MoMn alloy and / or Ni.

A spark gap according to any one of the preceding claims, wherein the conductive coating has a second layer comprising Ni.

Spark gap according to one of the two preceding claims, wherein the conductive coating comprises a first layer having a thickness of between 5 μm and 25 μm and a second layer having a thickness of between 3 μm and 8 μm.

Spark gap according to one of the preceding claims, further comprising a pump nozzle or filler neck (ES), which is closed by a pinch.

Spark gaps according to one of the preceding claims, wherein the cavity (H) is either empty or filled with a gas comprising N ₂ , H ₂ and / or a noble gas.

A spark gap according to any one of the preceding claims, wherein the cathode (K) comprises two parallel rectilinear edges (K1, K2) connected on both sides by arcs (KB).

Spark gap according to one of the preceding claims, wherein the trigger electrode (TE) a first round section (TE1) and - Includes a second, elongated section (TE2) and - The elongated portion is completed by a rounding (TER) on the opposite end of the round section (TE1).

Spark gap according to one of the preceding claims, wherein the anode (A) a semicircular first section (A1) and comprising a second section (A2) with two subareas and - Each of the two portions of the second portion (A2) is connected to an elongated portion (ALA1, ALA2) with the first portion (A1).

Spark gap according to one of the two preceding claims, wherein - The elongated portion (TE2) of the trigger electrode (TE) between the two portions of the second portion (A2) of the anode (A) is arranged, and - The anode (A) surrounds the semicircular first portion (TE1) of the trigger electrode (TE).

Spark gap according to one of the preceding claims, wherein the distance between the cathode (K) and the anode (A) is between 1 mm and 3 mm, - the distance between anode (A) and trigger electrode (TE) is 0.5 mm and - The distance between the cathode (K) and trigger electrode (TE) is smaller than the distance between the cathode (K) and anode (A).

Spark gap according to one of the preceding claims, which is provided and suitable to transmit an electrical energy between 2 J and 20 J in a switching operation.

Spark gap according to one of the preceding claims with a substantially cuboidal body having a length between 50 and 70 mm, a width between 25 and 35 mm and a height between 15 mm and 25 mm.

Spark gap according to one of the preceding claims with a height of 20 mm or less.

Use of a triggerable spark gap (TFS) according to one of the preceding claims for discharging the electrical energy of a charged capacitor in an electrical Schwinkreis.

Use according to the previous claim in a portable electrical device.