DE3542574A1

DE3542574A1 - Switching-spark gap having corona triggering

Info

Publication number: DE3542574A1
Application number: DE19853542574
Authority: DE
Inventors: Hinrich Dr Rer Nat Heynisch
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1985-12-02
Filing date: 1985-12-02
Publication date: 1987-06-04

Abstract

The invention relates to a switching-spark gap having, inside a gas-filled electrically insulating housing (7), main electrodes (1, 2) which are opposite one another, spaced apart, in a symmetrical design, and having a control electrode (3) which, sheathed by an insulating layer (4), is passed through a central opening (5) in one of the main electrodes (1). It is intended to improve the life and the switching speed of this switching-spark gap. For this purpose, the invention provides that the control electrode (3), which is sheathed by the insulating layer (4), is also covered on its inner end face by the insulating layer (4), so that a corona-discharge zone (6) is formed in the inner region of the central opening (5). The switching-spark gap according to the invention is used especially as a switching element for pulsed CO2-TEA lasers. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltfunkenstrecke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a switching spark gap according to the preamble of claim 1.

Eine solche Schaltfunkenstrecke geht aus dem Datenblatt der Firma EG & G Inc., Electro-Optics Division, Salem, Mass., USA (Mai 1979) als bekannt hervor.Such a switching spark gap can be found in the data sheet from EG & G Inc., Electro-Optics Division, Salem, Mass., USA (May 1979).

Die bekannte Schaltfunkenstrecke besteht im wesentlichen aus einem dickwandigen Keramikhohlzylinder, in den stirn seitig konvexe Hauptelektroden aus hochschmelzendem Metall eingelötet sind. Die beiden Hauptelektroden sind identisch bis auf die eine, die im Zentrum mit einem offenen Bereich versehen ist, der zur Aufnahme einer drahtförmigen Trigger elektrode dient, die von einer elektrisch isolierenden Durchführung ummantelt ist.The known switching spark gap essentially exists from a thick-walled ceramic hollow cylinder, in the forehead convex main electrodes made of high-melting metal are soldered in. The two main electrodes are identical except for the one in the center with an open area is provided for receiving a wire-shaped trigger is used by an electrically insulating electrode Implementation is encased.

Die Lebensdauer einer derartigen Schaltfunkenstrecke ist allerdings begrenzt, und zwar durch Verschleiß (Abnutzung) der Elektroden, durch Gasaufzehr der Gasfüllung und durch Verdampfen und Niederschlag von Material auf den inneren Isolatorflächen, bedingt durch eine häufige Gleitfunkenent ladung beim Auftreten der Triggerimpulse an der Steuer (Trigger-)Elektrode zur Vorionisation der Gasfüllung und dem damit verbundenen sowie gewollten raschen Zünden der Hauptentladungsstrecke zwischen den beiden Hauptelektroden.The lifespan of such a switching spark gap is however limited, due to wear and tear the electrodes, by gas consumption of the gas filling and by Evaporation and precipitation of material on the inside Insulator surfaces due to frequent sliding sparks charge when the trigger impulses occur at the control (Trigger) electrode for pre-ionization of the gas filling and the associated and desired rapid ignition of the Main discharge path between the two main electrodes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer der Schaltfunkenstrecke zu erhöhen und bessere Schaltgeschwindigkeiten zu erreichen, so daß die Schaltfun kenstrecke insbesondere als Schaltelement für TEA-(Trans verse-Excitation-Atmospheric-)Laser besonders geeignet ist (21. Nov. 1985/Rb 1 Lk). The present invention is based on the object Increase service life of the switching spark gap and better To achieve switching speeds, so that the Schaltfun kenstrecke especially as a switching element for TEA (Trans verse-Excitation-Atmospheric-) laser is particularly suitable (Nov. 21, 1985 / Rb 1 Lk).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltfunken strecke mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a switching spark route solved with the features of claim 1.

Durch die Erfindung ist ein Schaltelement für hohe Ströme bei sehr kurzen Schaltzeiten geschaffen, das heißt, es lassen sich Ströme in der Größenordnung von kA bei Zeiten in der Größenordnung von Nanosekunden schalten.The invention is a switching element for high currents created with very short switching times, that is, it currents in the order of kA at times switch on the order of nanoseconds.

Mit der erfindungsgemäß angewandten Koronaentladungsvor ionisationstechnik wird zur Vorionisation des Gasraumes UV- Licht erzeugt. Das mit der Gleitfunkentechnik verbundene nachteilige Abdampfen von Elektrodenmaterial und dessen die Isolatoroberflächen verschmutzender (schwärzender) Niederschlag, der insbesondere die Isolationswirkung und damit die Lebensdauer der Schaltfunkenstrecke verringert, wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen vermieden. Zudem kann eine die Lebensdauer des Schaltelementes nega tiv beeinflußende Gasaufzehr, die von der Getterwirkung von zerstäubten Elektrodenpartikeln herrührt, nicht mehr auftreten.With the corona discharge applied according to the invention ionization technology is used for pre-ionization of the gas space UV Generates light. The associated with the glide spark technology disadvantageous evaporation of electrode material and its polluting (blackening) the insulator surfaces Precipitation, in particular the insulation effect and thus reducing the life of the switching spark gap, is avoided by the measures according to the invention. In addition, the life of the switching element nega Actively influencing gas consumption by the getter effect from atomized electrode particles, no longer occur.

Die vorgeschlagene Schaltfunkenstrecke bietet sich aufgrund des raschen Schaltvermögens von Strömen mit hohen Strom stärken vor allem als Schaltelement für TEA-Laser an.The proposed switching spark gap is due to the rapid switching capacity of currents with high current strengthen especially as a switching element for TEA lasers.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.Further advantageous refinements and developments the invention are the subject of additional claims.

Anhand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung weiter erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechen de Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigenBased on the figures of the drawing, the invention is intended to continue are explained. The figures correspond to each other parts with the same reference numerals. Show it

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel schematisch im Schnitt und Fig. 1 shows a first embodiment schematically in section and

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä ßen Schaltfunkenstrecke schematisch im Schnitt. Fig. 2 shows a second embodiment of the switching spark gap according to the invention schematically in section.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltfunkenstrecke besteht im wesentlichen aus einem hohlzylindrischen Isolierkörper 7, vorzugsweise aus Keramik, in dessen Enden in symmetrischer, vorzugsweise konvexer Ausbildung die Hauptelektroden 1, 2 gasdicht eingesetzt, vorzugsweise eingelötet sind. Die eine Hauptelektrode 1 weist eine zentrale Öffnung 5 auf, in die eine Steuerelektrode 3 gasdicht eingesetzt ist, die von einer Isolierschicht 4 auch an ihrer inneren Stirnseite bedeckt ist, so daß im Innenbereich der zentralen Öffnung 5 eine Koronaentladungszone 6 gebildet ist. Die Isolierschicht 4 besteht aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskon stante ε, vorzugsweise aus Keramik, z.B. aus reiner Al₂O₃- Keramik. Die in der Hauptelektrode 1 befindliche zentrale Öffnung 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel nach außen aus gestülpt und umschließt die Isolierschicht 4 der Steuer elektrode 3 vakuumdicht. Die Isolierschicht 4 ist im Be reich der inneren Stirnseite der Steuerelektrode 4 am Ran de abgeschrägt, sie kann aber auch abgerundet sein. Jeden falls wird erreicht, daß sich die Koronaentladungszone 6 in diesen Bereich hinein erstreckt. Die Steuerelektrode 3 ist in beiden Ausführungsbeispielen in Form einer metalli schen Leitschicht auf die Innenseite der Isolierschicht 4 aufgebracht, und die beiden Hauptelektroden 1, 2 bestehen aus einem hochschmelzenden Metall bzw. einer Metallegie rung, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient dem thermi schen Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Isolier körpers 7 möglichst angepaßt ist.The switching spark gap shown in Fig. 1 consists essentially of a hollow cylindrical insulating body 7 , preferably made of ceramic, in the ends of which the main electrodes 1 , 2 are inserted, preferably soldered, in a symmetrical, preferably convex configuration. One main electrode 1 has a central opening 5 , into which a control electrode 3 is inserted in a gas-tight manner, which is also covered on its inner end face by an insulating layer 4 , so that a corona discharge zone 6 is formed in the inner region of the central opening 5 . The insulating layer 4 consists of a material with a high dielectric constant ε , preferably of ceramic, for example of pure Al₂O₃ ceramic. The central opening 5 located in the main electrode 1 is turned out in this embodiment and encloses the insulating layer 4 of the control electrode 3 vacuum-tight. The insulating layer 4 is beveled in the area of the inner end face of the control electrode 4 on the edge, but it can also be rounded. In any case, it is achieved that the corona discharge zone 6 extends into this area. The control electrode 3 is applied in the two embodiments in the form of a metallic conductive layer to the inside of the insulating layer 4 , and the two main electrodes 1 , 2 consist of a high-melting metal or a metal alloy, the thermal expansion coefficient of which is the thermal expansion coefficient of the material of the insulating material body 7 is adapted as possible.

Der Aufbau der in Fig. 2 dargestellten Schaltfunkenstrecke entspricht im wesentlichen dem Aufbau der in Fig. 1 gezeig ten Schaltfunkenstrecke. Bei diesem zweiten Ausführungsbei spiel ist auf den Randbereich der zentralen Öffnung 5 der Hauptelektrode 1 zum Bilden der Koronaentladungszone 6 in nen ein Metallring 8 aufgesetzt. Der Metallring 8 bildet mit der Hauptelektrode 1 eine galvanische Verbindung. Die Isolierschicht 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Be reich der inneren Stirnseite der Steuerelektrode 3 am Rande weder abgeschrägt noch abgerundet. In der zweiten Haupt elektrode 2 (Gegenelektrode) ist ein Pumpstengel 9 vorge sehen, der zum Evakuieren und Gasfüllen des von den beiden Hauptelektroden 1, 2 und dem hohlzylindrischen Isolierkör per 7 gebildeten Gehäuses dient und der nach diesem Prozeß vakuumdicht verschlossen wird. Das Evakuieren und Gasfüllen des Gehäuses kann aber auch ohne Pumpstengel, und zwar beim Gesamtzusammenbau und Verlöten des Gehäuses erfolgen.The structure of the switching spark gap shown in FIG. 2 corresponds essentially to the structure of the switching spark gap shown in FIG. 1. In this second exemplary embodiment, a metal ring 8 is placed on the edge region of the central opening 5 of the main electrode 1 to form the corona discharge zone 6 . The metal ring 8 forms a galvanic connection with the main electrode 1 . The insulating layer 4 is in this embodiment in the area of the inner end face of the control electrode 3 neither beveled nor rounded. In the second main electrode 2 (counterelectrode) a pump stem 9 is provided, which is used for evacuating and gas filling the housing formed by the two main electrodes 1 , 2 and the hollow cylindrical insulating body by 7 and which is closed in a vacuum-tight manner after this process. The evacuation and gas filling of the housing can also be done without a pump handle, namely when assembling and soldering the housing.

Claims

1. Switching spark gap with within a gas-filled, electrically insulating housing facing each other in a symmetrical configuration opposite Hauptelektro and with a control electrode, which is covered by an insulating layer through a central opening in one of the main electrodes, characterized in that the insulation layer ( 4 ) coated control electrode ( 3 ) is also covered on its inner end face by the insulating layer ( 4 ), so that in the inner region of the central opening ( 5 ) a Ko ronaentladungszone ( 6 ) is formed.

2. Switching spark gap according to claim 1, characterized in that the insulating layer ( 4 ) consists of a material with a dielectric constant ε _r <5.

3. Switching spark gap according to claim 1 or 2, characterized in that the central opening ( 5 ) located in the main electrode ( 1 ) is turned outward and encloses the insulating layer ( 4 ) of the control electrode ( 3 ) in a vacuum-tight manner.

4. Switching spark gap according to one of claims 1 to 3, characterized in that the insulating layer ( 4 ) in the area of the inner end face of the control electrode ( 3 ) is chamfered or rounded at the edge, so that the corona discharge zone ( 6 ) extends into this area .

5. switching spark gap according to one of claims 1 to 4, characterized in that the main electrodes ( 1 , 2 ) are convex.

6. switching spark gap according to one of claims 1 to 5, characterized in that on the edge region of the central opening ( 5 ) of the main electrode ( 1 ) for forming the corona discharge zone ( 6 ) inside a metal ring ( 8 ) is placed.

7. switching spark gap according to one of claims 1 to 6, characterized in that the control electrode ( 3 ) is applied in the form of a metallic conductive layer on the inside of the insulating layer ( 4 ).

8. switching spark gap according to one of claims 1 to 7, characterized in that the main electrodes ( 1 , 2 ) consist of a high-melting metal.

9. switching spark gap according to one of claims 1 to 8, characterized in that the insulating layer ( 4 ) consists of ceramic.