CH652246A5

CH652246A5 - Ueberspannungsableiter.

Info

Publication number: CH652246A5
Application number: CH756180A
Authority: CH
Inventors: Walter Alex Bosshard
Original assignee: Cerberus Ag
Priority date: 1980-10-10
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1985-10-31
Also published as: DE3106763C2; GB2085222A; FR2492178A1; GB2085222B; FR2492178B1; DE3106763A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsabieiter mit einem gasdichten Isolierstoffgehäuse, in dem einander mit Abstand gegenüberstehend Elektroden angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Elektroden eine Barium und Titan enthaltende Substanz hoher Elektronenemissionsfähigkeit trägt.

Bei Überspannungsableitern dieser Art dient die Substanz mit hoher Elektronenemissionsfähigkeit zur Herabsetzung der Zündspannung auf einen gewünschten stabilen, niedrigen Wert, z.B. bei Verwendung in Niederspannungssystemen, wie speziell in Telefonanlagen. Zu diesem Zweck sind beispielsweise Substanzen geeignet, die Erdalkali- oder Alkalimetalle enthalten. Als besonders geeignet hat sich Barium erwiesen. Die Verwendung reinen elementaren Bariums stösst jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten.

Aus der De-OS 19 50 090 ist ein Überspannungsabieiter mit einer Aktivierungsschicht aus einer Barium-Aluminium-Legierung auf den Elektroden bekannt. Nachteilig ist dabei, dass diese Schicht im Betrieb, insbesondere bei starker elektrischer Beanspruchung, leicht zerstäubt und an der Innenwand des Isolierstoffgehäuses eine Schicht bildet, die die Isolation im Laufe der Zeit verschlechtert.

Zur Verbesserung der Eigenschaften solcher Überspannungsabieiter ist es beispielsweise aus den DE-OS 25 37 964 und DE-OS 26 19 866 bekannt geworden, der Barium-Alumi-nium-Legierung Kaliumbromid oder Titanhydrid bzw. metallisches Titan beizumischen. Nachteilig ist hierbei, dass die Mischung der einzelnen Bestandteile als Paste mit einem Bindemittel auf die Elektroden aufgebracht werden muss, und das Bindemittel durch ein spezielles Fabrikationsverfahren zersetzt und entfernt werden muss. Die Herstellung solcher Überspannungsabieiter ist daher kompliziert und aufwendig, und daher kaum für eine kostengünstige Massenfabrikation geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Über-spannungsableiter mit niedriger Ansprechspannung zu schaffen, der eine verbesserte Langzeitstabilität und eine hohe Lebensdauer ohne Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften während des Betriebes und bei starker elektrischer Beanspruchung aufweist, sowie ein Verfahren zur kostengünstigen Massenherstellung solcher Überspannungsabieiter anzugeben.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Substanz mit hoher Elektronenemissionsfähigkeit elementares Barium und Titanoxid als Bestandteile aufweist. Erfindungsgemäss lässt sich ein solcher Überspannungsablei-ter herstellen, indem vor der Zusammenfügung der Elektroden mit dem Isolierstoffgehäuse ein Gemisch aus Titanpulver und Bariumtitanat in Pulverform auf die Oberfläche wenigstens einer der Elektroden aufgepresst wird.

Die Erfindung wird anhand zweier in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.

In Figur 1 ist ein Überspannungsabieiter mit einem zylindrischen Isolierstoffgehäuse 1, beispielsweise aus einem Alu-minium-Keramik-Rohr, dargestellt. In die beiden offenen Enden dieses Rohres 1 sind zwei Elektroden 2 und 3, z.B. aus einer Fe-Ni- oder Fe-Ni-Co-Einschmelzlegierung gasdicht eingeschmolzen, so dass die Mittelteile dieser Elektroden 2 und 3 sich mit Abstand gegenüberstehen.

Der Durchmesser des Isolierstoffgehäuses kann bei Überspannungsableitern, wie sie in der Nachrichtentechnik, speziell in Telefonanlagen Verwendung finden, beispielsweise bei 5 bis 8 mm liegen, dabei ist es zweckmässig, ein Keramikrohr mit einer Wandstärke von 1-1,5 mm und Elektroden mit einer Dicke von 0,5-1,0 mm zu verwenden.

Die beiden Elektroden 2 und 3 tragen auf ihren mit Abstand gegenüberstehenden Stirnseiten je eine Schicht 4 und 5 mit hoher Elektronenemissionsfähigkeit., Diese Substanzen sind zweckmässigerweise in Vertiefungen 6 und 7 der Elektrodenstirnflächen angebracht. Zur Erzielung einer besseren Haftfähigkeit können die Mittelflächen der Elektrodenstirnflächen 8 und 9 jeweils mit einem Waffelmuster versehen sein. Die Substanzen 4 und 5 enthalten gleichzeitig elementares Barium und Titanoxid (TiOz).

Der gasdichte Innenraum 10 des Überspannungsabieiters ist mit einem geeigneten inerten Füllgas gefüllt, z.B. mit Argon, gegebenenfalls mit einem Wasserstoffzusatz. Zur Vermeidung unerwünschter Zündverzögerungen kann in bekannter Weise ein geringer Anteil von Tritium beigemischt sein. Ausserdem können bekannte Zündhilfen in Form von Zündstrichen usw. vorgesehen sein.

Figur 2 zeigt ein Beispiel eines Überspannungsabieiters, der sich von dem nach Figur 1 durch die Anbringung der Schicht mit hoher Emissionsfähigkeit auf den Elektroden unterscheidet. Zum Unterschied von Figur 1 besitzen die Elektroden von Figur 2 Flächenmittelstücke 10 und 11, auf die die Schicht 12 mit hoher Emissionsfähigkeit so aufgetragen ist, dass deren Ränder 13 über die Kanten der Elektrodenmittelstücke hinausreichen.

Ein Überspannungsabieiter dieser Art lässt sich beispielsweise wie folgt herstellen:

Auf die Elektroden 2 und 3 wird vor ihrer Verschmelzung mit dem Isolierstoffgehäuse 1 in deren zentrale Vertiefungen 6 und 7 ein Gemisch aus Titanpulver und Bariumtitanat (BaTiOä) ohne Bindemittel eingepresst. Vorteilhafterweise liegt dabei der Titangehalt zwischen 98 und 60 Gew.-% und

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der BaTiCh-Gehalt zwischen 2 und 40 Gew.-%. Bei einer zweckmässigen Weiterbildung der Erfindung können dem Pulvergemisch noch Anteile von Kalziumtitanat (CaTiCb) oder Magnesiumtitanat (MgTiCb) zugegeben werden. Auf diese Weise kann die Glimmbrennspannung des Überspannungsabieiters variiert werden. Durch die waffelartige Ausbildung der Oberflächen 8 und 9 wird dabei eine hinreichende Haftfähigkeit gewährleistet. Die so vorbehandelten Elektroden werden mit dem Isolierstoffgehäuse in bekannter Weise, wie z.B. im Schweizerpatent Nr. 378 765 beschrieben, gegebenenfalls vermittels geeigneter Zwischenschichten gasdicht verschmolzen. Dies erfolgt durch Zusammenfügen der gegebenenfalls mit geeigneten Zwischenschichten versehenen Teile und Erhitzung im Vakuum auf beispielsweise 450 °C und anschliessender Erhitzung auf etwa 950 °C in einer inerten, der gewünschten Gasfüllung entsprechenden Atmo-sphäre.Während dieser Temperaturbehandlung zersetzt sich das Barium-Titanat, und es bildet sich eine feste Substanz, die als Bestandteile Barium und Titanoxid (TiOi), und metallisches Titan enthält. Es ist zu vermuten, dass neben dem elementar vorliegenden Barium auch Titan-Gitterfehlstellen vorhanden sind, die eine überraschend hohe Elektronenemissionsfähigkeit bewirken.

Überraschenderweise zeigten derartige Überspannungsabieiter mit einer solchen Aktivierungssubstanz auf den Elektroden erhebliche Vorteile gegenüber vorbekannten Überspan-nungsableitern mit anderen Barium-Legierungen oder Bariumoxid als Aktivierungssubstanz, speziell mit Barium-Alumi-nium-Legierungen. Es zeigte sich, dass die Zerstäubung der Aktivierungssubstanz während des Betriebes, insbesondere bei starker elektrischer Beanspruchung bei Verwendung einer Aktivierungssubstanz mit elementarem Barium und Titanoxid als gleichzeitigen Bestandteilen geringer war als bei Verwendung anderer vorbekannter bariumhaltiger Aktivierungsschichten. Solche Überspannungsabieiter zeigten daher auch bei längeren Betriebszeiten eine erheblich bessere Aufrechterhaltung der Isolation auf der Innenwand des Gehäuses und daher eine erheblich verbesserte Langzeitstabilität, was nach

Kenntnis der chemischen Eigenschaften so hergestellter Mischungen für den Fachmann nicht zu erwarten war.

Ausserdem ist die Herstellung der beschriebenen Über-spannungsableitern erheblich vereinfacht, da die Aktivie-5 rungssubstanz ohne Bindemittel aufgebracht werden kann und die Pump- und Gasfüllvorgänge daher erheblich vereinfacht sind. Ausserdem treten keine störenden Rückstände des Bindemittels auf. Zudem lässt sich die Formierung der Aktivierungssubstanz gleichzeitig bei der Verschmelzung der Elektroden mit dem Keramikkörper durch eine einzige Temperaturbehandlung durchführen. Das erfindungsgemässe Verfahren ist daher besonders für eine saubere und kostengünstige Massenherstellung geeignet.

Es sei bemerkt, dass sich der Erfindungsgedanke auch bei 15 Überspannungsableitern anderer Form anwenden lässt, insbesondere können mehr als zwei Elektroden vorhanden sein, wie bei sogenannten Zweistrecken-Überspannungsableitern erforderlich. Statt eines Keramikgehäuses kann ein anderes Isolierstoffgehäuse Verwendung finden, z.B. ein Glaskörper. 20 Weiter kann eine andere bekannte Einschmelztechnik Verwendung finden. Das Pulvergemisch kann auch, wie aus der DE-OS 24 45 063 bekannt, mit radioaktivem Nickel 63 dotiert sein, so dass in diesem Fall auf eine Beimengung von Tritium zum Füllgas verzichtet werden kann.

25 Obwohl es im allgemeinen zweckmässig ist, insbesondere bei Wechselspannungs-Überspannungsableitern, beide Elektroden mit einer Aktivierungsschicht zu versehen, kann es bei der Verwendung in Gleichspannungsanlagen ausreichen, nur die als Kathode dienende Elektrode mit einer entsprechen-30 den, die Elektronenaustrittsarbeit herabsetzenden Schicht. oder Substanz zu versehen.

Der beschriebene, auf die angegebene Weise hergestellte Überspannungsabieiter eignet sich besonders zum Überspannungsschutz von Niederspannungs-Geräten und -Systemen, 35 wie z.B. Telefonanlagen, wo eine stabile niedrige Zündspannung erforderlich ist, die über längere Betriebszeiten, auch bei starker elektrischer Beanspruchung aufrechterhalten bleibt.

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l Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Überspannungsabieiter mit einem gasdichten Isolierstoffgehäuse (1), in dem einander mit Abstand gegenüberstehend Elektroden (2, 3) angeordnet sind, wobei wenigstens eine Elektrode eine Barium und Titan enthaltende Substanz (4, 5) mit hoher Elektronenemissionsfähigkeit trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (4, 5) mit hoher Elektronenemissionsfähigkeit elementares Barium und Titanoxid als Bestandteile aufweist.

2. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (4, 5) als zusätzlichen Bestandteil eine Kalzium- und/oder Magnesiumverbindung aufweist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (4, 5) mit radioaktivem Nickel 63 dotiert ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Überspannungsablei-ters nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt, dass vor der Zusammenfügung der Elektroden (2,3) mit dem Isolierstoffgehäuse (1) ein Gemisch aus einem Titanpulver und Bariumtitanat auf die Oberfläche wenigstens einer der Elektroden (2, 3) aufgepresst wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch zwischen 2 und 40 Gew.-% Bariumtitanat und zwischen 98 und 60 Gew.-% Titanpulver enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch zusätzlich Kalziumtitanat und/oder Magnesiumtitanat beigefügt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch zusätzlich radioaktives Nickel 63 beigefügt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgepresste Gemisch beim Zusammenschmelzen der Elektroden (2, 3) mit dem Gehäuse (1) auf eine über der Zersetzungstemperatur des Bariumtitanats liegenden Temperatur erhitzt wird.