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    公开号:WO1989000354A1
    申请号:PCT/EP1988/000574
    申请日:1988-06-30
    公开日:1989-01-12
    发明作者:Jens Christiansen；Klaus Frank；Werner Hartmann；Claudius Kozlik
    申请人:Jens Christiansen；Klaus Frank；Werner Hartmann；Claudius Kozlik；
    IPC主号:H01T2-00
    专利说明:
    [0001] - 2 -
    [0002] Metallelektroden aufweist. Diese Metallelektroden sind durch eine sie umgebende Isolierwand gehalten und weisen einen Gasentladungskanal auf, der von fluchtenden Öffnungen in diesen Elektroden gebildet wird. In dieses Entladungs- gefäß wird eine ionisierbare Gasfüllung eingebracht, die nach der Lehre der DE-28 04 393 C2 so bemessen ist, dass das Produkt aus dem Elektrodenabstand (d) und dem Gasdruck (p) in der Größenanordnung von 130 Pascal mm oder weniger be¬ trägt. Die schnelle funkenähnliche Gasentladung, die sich ergibt, wenn ein solcher Schalter getriggert wird, oder die sich spontan ergibt, sobald die Durchbruchspannung über¬ schritten wird, ist in der Literatur als Pseudofunken-Gas- entladung bekannt. Sie tritt in Erweiterung des in der DE- 28 04 393 C2 festgelegten p x d-Bereiches bei Werten von p x d auf, die eine fallende Zündspannungs-Druckcharakteristik bei steigendem Druck aufweisen. Dieser Druckbereich entspricht in der für planparallele Elektroden üblichen Kennzeichnung dem "Durchbruch einer Gasentladung am linken Ast der Paschen- Kurve", wobei der linke Ast anschließt an das Minimum in der Kennlinie, die die Durchbruchspannung als Funktion von p x d beschreibt. Im Rahmen dieser Patentschrift wollen wir unter Pseudofunken alle Gasentladungen verstehen, die bei Drucken spontan zünden, die bei einem gegebenen Schalter kleiner sind als jener Druck, der das Minimum in der Gasdruck-Zünd- spannungs-Kennlinie des Systems beschreibt. Als Plattenabstand (d) wollen wir den Abstand zwischen Kathode und Anode in der Nähe ihres Loches verstehen, das den Pseudofunken-Charakter der Gasentladung bestimmt und das in der Kathode vorgesehen sein uss und in der Anode vorgesehen sein kann. - 1 -
    [0003] Gaselektronischer Schalter (Pseudo- funkenschalter)
    [0004] Technisches Gebiet;
    [0005] Die Erfindung betri-fft einen gaselektronischen Schalter (Pseudofunkenschalter) mit einer Gasentladungskammer, in der zwei Metall-Elektroden, nämlich eine Kathode und eine Anode in einem Abstand (d) voneinander angeordnet sind, wobei die Elektroden durch eine elektrisch isolierende Wand aus kerami¬ schem Material oder aus Glas voneinander getrennt sind und die Kathode mit einem Loch versehen ist und die Elektroden durch eine dichte, metall-keramische Verbindung oder Ver¬ schmelzung mit der isolierenden Wand verbunden sind und sich in der Gasentladungskammer eine ionisierbare Niederdruck-Gas¬ füllung unter einem solchen Druck p befindet, dass das Produkt p x d so bemessen ist, dass die Zündung einer Gasentladung . zwischen den Elektroden bei einer an dieser angelegten Spannung erfolgt, welche in jenem Zweig der Kennlinie der Zündspannung in Abhängigkeit vom Druck liegt, in welcher die Zündspannung mit steigendem Druck fällt.
    [0006] Stand der Technik;
    [0007] Ein solcher Schalter ist in der DE-28 04 393 C2 offenbart. In diesem Schalter werden Elektronen bzw. Ionen in einem Entla¬ dungsgefäß erzeugt, das im Abstand voneinander angeordnete In der Literatur existieren zahlreiche Abhandlung über Eigen¬ schaften und Betrieb von Pseudofunkenkammern und Pseudofunken- schaltern. Im allgemeinen ist ihre isolierende Wand so ange¬ bracht, dass sie senkrecht auf den Elektroden steht (Fig. 1) und ihre Länge gleich dem Elektrodenabstand ist. Die ver¬ öffentlichten Untersuchungen sind bisher fast ausschließlich für wissenschaftliche Zwecke durchgeführt worden, so dass die Lebensdauer und die Existenz eines dauernd mit Gas gefüllten Schalters nicht von Bedeutung war.
    [0008] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Pseudofunkenschalter zu schaffen, der eine für die gewerbliche Anwendung hinreichend lange Lebensdauer bei vielen Schaltvorgängen aufweist und bei dem möglichst keine spontanen, unerwünschten Durchschläge auf- treten.
    [0009] Darstellung der Erfindung;
    [0010] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalter mit den im Anspruch 1 bzw. mit den im Anspruch 27 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
    [0011] Für die isolierende Wand des erfindungsgemäßen Schalters wird Glas oder ein keramischer Werkstoff verwendet und mit den Elektroden so verbunden, dass keine nennenswerte Gasabgabe an das System beim Betrieb des Schalters erfolgen kann. Die Er¬ findung stellt sicher, dass Metalldampf, der seinen Ursprung im wesentlichen an den Elektroden in der Nähe der Löcher in der Kathode und ggfs. in der Anode hat, an seiner Diffusion zur Isolatorwand und am Niederschlagen auf ihr gehindert wird. Dieser Diffusionsbehinderung dienen insbesondere die im Patentanspruch 10 aufgeführten Schirme.. Trotz solcher Schirme könnte bei Langzeitbetrieb des Schalters noch diffundierender Metalldampf sich an den Isolatoren niederschlagen und zu einer leitenden Brücke führen, wenn dem nicHt die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung begegnete, indem sie dafür sorgt, dass der NiederSchlagsbereich, der im wesentlichen in der Ver¬ längerung des Diffusionsweges auftritt, unterbrochen wird durch eine geschützte Zone der isolierenden Wand zwischen Kathode und Anode. Dieses wird erreicht, indem die Elektrodenform so ausge¬ bildet wird, dass die Berührungslinien zwischen den Elektroden und dem Isolator hinter engen schlitzartigen Vertiefungen so versteckt werden, dass das elektrische Feld nur noch gering¬ fügig durch diese Schlitze hindurchgreifen kann. Dadurch wird dort die Anfachung einer Entladung selbst bei geringfügiger Be¬ dampfung der Isolatorwand weitgehend unterdrückt.
    [0012] Kurze Beschreibung der Zeichnungen;
    [0013] Figur 1 zeigt schematisch die Grundelemente einer Gasent¬ ladungskammer für eine Pseudofunken-Gasentladung, wie sie sich aus dem Stand der Technik ergibt,
    [0014] Figur 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Gasent¬ ladungskammer mit den zugehörigen Elektroden, Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer
    [0015] Gasentladungskammer im Längsschnitt mit einer gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten Bei¬ spiel abgewandelten Elektrodenanordnung,
    [0016] Figur 4 zeigt für eine Gasentladungskammer, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, eine abgewandelte Ausbildung von Anode und Kathode, jeweils mit mehreren Löchern,
    [0017] Figur 5 ist ein Schaltbild, welches den Einsatz eines erfindungsgemäßen Schalters zur Ableitung von Überspannungen aus einem elektrischenNetzwerk zeigt,
    [0018] Figur 6 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispieles mit Hilfselektroden zwischen Kathode und Anode,
    [0019] Figur 7 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 6 dargestellten
    [0020] Elektrodenanordnung, in welcher die zwischen Kathode und Anode vorgesehenen Hilfselektroden hohl ausgebildet sind,
    [0021] Figur 8 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 7 dargestellten
    [0022] Elektrodenanordnung, in welcher im Hohlraum der Hilfselektroden ein Abschirmblech angeordnet ist. Figur 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
    [0023] Gasentladungskammer für einen erfindungsgemäßen Schalter, in welchem abweichend von dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Kathode und die Anode ebene Platten sind, und
    [0024] Figur 10 zeigt schematisch die Anordnung mehrerer er¬ findungsgemäßer Schalter, die gemeinsam parallel mit dem Gas versorgt werden, in welchem die Gas- entladung stattfindet.
    [0025] Wege zur Ausführung der Erfindung;
    [0026] In den verschiedenen Ausführungsbeispielen sind gleiche oder einander entsprechende Teile mit übereinstimmenden Bezugs¬ zahlen bezeichnet.
    [0027] Figur 1 zeigt den Grundaufbau eines Entladungsgefäßes mit einer Kathode 11 und einer Anode 12, welche platten- förmig ausgebildet sind und parallel zueinander im Abstand d angeordnet und durch eine ringförmige, isolierende Wand 9 gasdicht miteinander verbunden sind. In der Mitte der Kathode 11 befindet sich ein Loch 5, und diesem gegenüberliegend befindet sich in der Anode 12 ein weiteres Loch 8. über An- schlußklemmen 50 und 51 wird an die Kathode und die Anode eine Spannung angelegt, die zwischen 5 kV und 50 kV, unter Umständen auch darunter oder darüber liegen kann, womit in dem durch die Löcher 5 und 8 gebildeten Gasentladungskanal bei entsprechend eingestelltem Gasdruck die Pseudofunken-Gas- entladung stattfinden kann. Das Gas kann in einem die darge¬ stellte Anordnung dicht umgebenden Gehäuse eingeschlossen sein. In Figur 2 wird eine Realisierung der erfindungsgemäßen Anordnung von Elektroden und isolierender Wand gezeigt. Die Gasentladungskammer befindet sich in einem zylind¬ rischen Gefäß, dessen elektrisch isolierende Wand 9 hinter- einander aus mehreren Abschnitten 9a, 9b, 9c, 9d und 9e be¬ steht. In der Gasentladungskammer befinden sich hinterein¬ ander eine Anode 12, eine Kathode 11, ein Schirm 15 und zwei Hilfselektroden 13 und 14, welche durch die verschiedenen Abschnitte der isolierenden Wand 9 voneinander getrennt und gas- dicht mit ihr verbunden sind. Die Wand 9 besteht aus Glas oder einem keramischen Werkstoff. Die Anode 12 begrenzt die Ent¬ ladungskammer am einen Ende. Die übrigen Elektroden sind durch die Wand 9 zwischen ihren Abschnitten 9a bis 9e radial nach aussen geführt.
    [0028] Auf der Rückseite der Kathode 11 ist ein Metallkäfig 2 vor¬ gesehen, dessen Hohlraum 7 durch Öffnungen 6 mit dem Kathoden-Hinterraum und durch ein Loch 5 mit dem Raum 1 zwischen Kathode 11 und Anode 12 in Verbindung steht. Auf der Rückseite der Anode 12 ist ebenfalls ein Metallkäfig vorgesehen, dessen Innenraum 23 durch ein Loch 8 mit dem Raum 1 zwischen Anode 12 und Kathode 11 verbunden ist. Auf der Rückwand des Anodenkäfigs befindet sich eine Hartmetall¬ platte 12c; entsprechend ist die hintere Hilfselektrode 14 im Mittelbereich aus einem Hartmetall. Die Hartmetallbe¬ stückung soll die durch das Auftreffen von Ladungsträgern besonders beanspruchten Elektrodenteile widerstandsfähig machen. Das ganze System ist rotationssymmetrisch, wobei die Symmetrie¬ achse 40 zugleich die Achse der zwei Löcher 5 und 8 in der Mitte der Kathode 11 bzw. der Anode 12 ist. Im Umgebungsbe¬ reich 11a bzw. 12a der Löcher 5 und 8 sind die Kathode 11 und d et Anode 12 eben ausgebildet und bestehen aus einem Hart- πm a-II, während sie im Aussenbereich 11b bzw. 12b aus Kupfer öder- aus* einer Legierung mit niedrigerem, an den Wärmeaus¬ dehnungskoeffizienten der Wand 9 angenäherten Wärmeausdehnungs¬ koeffizienten als Kupfer bestehen, z.B. aus COVAR. Nahe beim Abschnitt 9a der Wand 9 springen jedoch die Anode und die Kathode unter Bildung eines engen Ringspalts 3 zurück und führen erst in einigem Abstand von der Vorderseite der Elek¬ troden aus der Gasentladungskammer heraus. Im Ringspalt 3 steht das elektrische Feld bei anliegender Spannung an Kathode 11 und Anode 12 des Schalters fast senkrecht auf den der
    [0029] Wand 9 zugewandten Oberflächen der Elektroden. Dies läßt sich bei einem engen Raumgebiet, wo der Ringspalt 3 schmaler ist als der Abstand d zwischen Anode 11 und Kathode 12 im Loch¬ bereich 1 erreichen, da dann das elektrische Feld beim Ein- dringen in den Ringspalt 3 sehr stark reduziert auftritt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass in den Ringspalt 3 hinein praktisch keine Ladungsträgerbeschleunigung erfolgen kann, so dass der kritische Bereich an der Berührungslinie 4 zwi¬ schen Metall, Isolator 9a und Gas praktisch im feldfreien Raum verläuft, mithin nicht mehr wesentlicher Ausgangspunkt von Ladungsträgern sein kann. Dies ist gleichzeitig wichtig für die Unterdrückung möglicher Gleitentladungen, die bei An¬ liegen hoher Spannungen im Haltezustand des Schalters sich sonst auf der Isolator-Oberfläche ausbilden können und die - 18
    [0030] Weise wird bei Zündung des Schalters 30 der Kondensator 28 fast vollständig entladen. Nach kurzer Zeit löscht der Schalter 30. Er zündet erneut, falls nach Wiederanstieg der Spannung am gelöschten Schalter 30 die Spannung an den Anschlußpunkten 26, 27 des zu regulierenden Verbrauchers noch nicht genügend abgesenkt wurde. Er zündet nicht, falls die Absenkung der Spannung im gewünschten Maße stattgefunden hat. Andernfalls wiederholt sich das Spiel so häufig, bis die Spannung unter den vorgegebenen Wert abgesenkt ist.
    [0031] Ein triggerbarer Marx-Generator kann so aufgebaut werden, dass von der Schalterkette in einem mehrstufigen Marx- Generator ein Schalter in der üblichen Weise getriggert wird, während die anderen hintereinander geschalteten Schal- ter durch Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 29 oder 30 mit hoher Zeitschärfe zum Durchbruch gelangen.
    [0032] Durch die erfindungsgemäße Verlängerung des Weges, auf dem längs der Oberfläche der isolierenden Wand 9 eine Gleit- entladung ablaufen kann, lassen sich Schalter konstruieren, die bei sehr hohen Haltespannungen betrieben werden können. " Eine technische Grenze wird je nach Füllgas erreicht zwi¬ schen etwa 50 und 100 kV. Zur Vermeidung von Instabilitäten ist nämlich der dazu notwendige Druck p möglichst groß zu wählen, was bei vorgegebener Haltespannung zu der Notwendig- - 17 -
    [0033] 3) Einsatz in Crowbar-Schaltern zum Schutz elektrischer Anlagen und Maschinen.
    [0034] 4) Verwendung als Impulsgenerator und Impulsformer (z.B. als Kleinschalter oder auch als Transferelement zur
    [0035] Übertragung elektrischer Energie in Pulse-Power-Anlagen) .
    [0036] Die Weiterbildung des Schalters gemäß Anspruch 26 eignet sich besonders zur Verwendung als Überspannungsabieiter. Dabei kann durch äussere, im allgemeinen passive elektri¬ sche Maßnahmen der Löschvorgang des Schalters 30 (Fig. 5) so ausgeführt werden, dass für den gegen Überspannung zu schützenden Verbraucher eine durch das Triggern des Schalters vorgesehene Regelspannung definierbar wird. Fig. 5 erläutert den Einsatz des Schalters 30 für eine solche Anwendung. Die Spannung zwischen den Anschlußpunkten 26, 27 soll durch einen Strom-Bypass gesenkt werden, falls ein bestimmter Wert U der Spannung überschritten wird. Die Regulierung hört auf, sobald dieser Wert durch das An- sprechen des Schalters wieder unter die Spannung U abge¬ senkt wurde. Dies wird erreicht, indem z.B. ein RC-Glied 28, 29 zwischen den Schalter 30 und den Verbraucher (An¬ schlußpunkte 26 und 27) geschaltet wird (wobei die Kapazität C (28) parallel zum Schalter 30 liegt) . Auf diese - 16 -
    [0037] Hohlraum 7 hinter der Kathode 11 (die im Beispiel des Anspruchs 14, 15 und 16 zur Anode wird) mit den Löchern 5 und 8 in den Hauptelektroden 11 und 12 des Pseudofunken- schalters in Wechselwirkung steht. In neuartiger Weise Weise tritt dabei in den durch die Löcher 5 und 8 definierten Kanal der erwähnte Ladungsträgerström ein, der den Durch- Du chbruchspunkt auf der Zündspannungskennlinie gering¬ fügig absenkt, ausserdem jedoch die erwähnte Verringe¬ rung der statistischen Fluktuationen der Schalt- Verzögerung zur Folge hat, da stets eine große Zahl von Ladungsträgern im Beschleunigungsfeld des Schal¬ ters anwesend ist. Auch die Zuverlässigkeit des Schaltens wird in hohem Maße durch diesen Dunkelstrom verbessert. Hiermit erschließt der neue Schalter Anwendungsbereiche, bei denen in anderen Verfahren zur Ladungsträgererzeugung ganz wesentlich eine radioaktive Vorionisierung notwendig ist, nämlich
    [0038] 1) Einsatz des Pseudofunkenschalters in einer Schaltkette von Marx-Generatoren (bisherige Triggermethode: durch
    [0039] Photostrom aus Hochleistungslasern, durch radioaktive Strahler zur Vorionisierung, und durch Spark-Gaps mit Inkaufnahme von hohen Jitterwerten. )
    [0040] 2) Einsatz des Pseudofunkenschalters in Überspannungs¬ schaltern (sogenannte Überspannungsabieiter) . Handelsübliche Überspannungsabieiter verwenden ebenfalls oft ein radio¬ aktives Präparat zur Vorionisierung, um scharf triggern zu können. - 15 -
    [0041] Folge, dass die stochastischen Fluktuationen beim Auslösen des Schaltvorgangs gering sind. Es muss gewissermaßen nicht auf das Elektron zum Auslösen der Pseudofunkenentladung ge¬ wartet werden, so dass die stochastisch stark fluktuierende Wartestatistik nicht zum Zuge kommt, wohl aber kleinere statistische Schwankungen auftreten, die abhängig sind von der Mächtigkeit des kontinuierlich vorhandenen Plasmas im Kathodenlochbereich. Das ständige Vorhandensein eines solchen Ladungsträgerstrom hat zur Folge, dass die Stärke des durch einen Triggervorgang zusätzlich injizierten Plasmas bzw. die Stärke eines durch gezielte photoelektrische Wechselwirkung durch Beleuchtung des Raums 7 hinter der Kathode 11 zusätz¬ lich ausgelösten Plasmas gering gehalten werden kann. Ana¬ logerweise wird durch einen solchen ständigen Ladungsträger- ström die Präzision des Auslösens des Schaltvorgangs bei
    [0042] Erreichen einer Überspannung im Falle der Ansprüche 26 bis 30 wesentlich verbessert.
    [0043] Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Schalters besteht auch darin, dass er sogar dann gezündet werden kann, wenn ge¬ mäß den Ansprüchen 14, 15 und 16 durch Umkehr der Polung die Kathode 11 zur Anode und die Anode 12 zur Kathode wird. Bei Thyratrons ist das nicht möglich.
    [0044] Die Ansprüche 29 und 30 beschreiben ein neues Triggerver¬ fahren des Pseudofunkenschalters. Es beruht darauf, dass die Auslösung des Schaltvorgangs durch das überschreiten der DurchbruchsSpannung in einem äußeren Schaltkreis erfolgt. Dies findet jedoch statt bei Anwesenheit der Gleichstrom- Glimmentladung, die durch die Löcher 6 in dem abgeschirmten - 14 -
    [0045] entladung (Glimmentladung) aus. Entsprechend Fig. 2 sind da¬ zu hinter der Kathode 11 zwei zusätzliche Elektroden 13 und 14 vorgesehen, von denen die der Kathode 11 benachbarte Elektrode 13 die Glimmentladungselektrode ist, die positiv oder negativ geschaltet sein, also als Kathode oder Anode des GrimmentladungsSystems dienen kann. Von ihr fließt der wesent¬ liche Glimmentladungsström zur gegenüberliegenden Elektrode 14, die sich im wesentlichen auf einem Potential in etwa auf der Höhe des Potentials der Kathode 11 des Schalters befin- det (bzw. auf einem Potential ungefähr in Höhe des Potentials der Anode bei einer Weiterbildung des Schalters gemäß An¬ spruch 14, 15 und 16). Die Elektrode 13 ist also in einer solchen räumlichen Position, dass der Glimmentladungsström sich zur Kathode 11 des Schalters und zur gegenüberliegenden Elektrode 14, die sich ungefähr auf gleichen Potential wie die Kathode 11 befindet, verzweigen kann. Vorzugsweise wird die Stromverzweigung so vorgenommen, dass nur ein kleiner Teil des Glimmentladungsstroms in Richtung Kathode 11 des Schalters fließt, der dann durch die in den Ansprüchen 6, 7 und 13 bis 16 dargestellten Maßnahmen verstärkt wird. Um einen fluktua¬ tionsfreien Ablauf des Schaltvorgangs zu erreichen, ist es ratsam die Stromverzweigung so einzustellen, dass ein nennens¬ werter Dauerström in den Bereich des Lochs 5 der Kathode 11 gelangt. (Typische Werte für diesen Dauerstrom, die bei einer realen Anordnung gewählt werden können, liegen zwischen 10 -7A und 10~ A) . Dieser Ladungsträgerström, der in das Loch 5 der
    [0046] Kathode 11 des Schalters gelangt, bewirkt, dass hier ständig ein schwaches Untergrund-Plasma vorhanden ist. Dieses hat zur - 13 -
    [0047] Oberflächen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist deshalb zur Verlängerung der Stabilität der Elektroden und damit zur Erhöhung der Lebensdauer der Schalter vorgesehen, ein geeignetes Elektrodenmaterial zu wählen, wie es im An- spruch .9 •angegeben ist, sowie Maßnahmen zu ergreifen, um die stromtragende Fläche des Schaltvorgangs zu erweitern.- Dazu hat es sich gezeigt, dass die Pseudofunkenentladung auch dann im gewünschten Sinne stattfindet, wenn nicht nur ein Loch 5 in der Kathode 11 angebracht ist, sondern mehrere parallele Löcher 5, 24 wie in Fig. 4 dargestellt, wobei die Abstände dieser Löcher 5, 24 und ihre Durchmesser von der Größenord¬ nung des ElektrodenabStandes (d) in der Nähe der Löcher 5, 24 sein sollten (abweichende Maße, nach oben und unten abweichend bis zum Faktor 5, sind noch zulässig) . In diesem Fall wird die Entladung im allgemeinen zunächst an einem der Löcher 5, 24 ausgelöst, z.B. durch eine noch zu beschreibende Triggerung; sie breitet sich dann jedoch während des Schalt¬ vorgangs selbständig auf den Bereich sämtlicher vorhandener Löcher 5, 24 aus. Auf diese Weise ist die Strombelastung in den Bereichen um die einzelnen Löcher 5, 24 herum stark reduziert, weil sich der Strom auf eine größere Fläche ver¬ teilt.
    [0048] Die Ansprüche 6, 7, 13, 29 und 30 befassen sich mit ver- schiedenen Triggerverfahren zur Auslösung von Pseudofunken- entladungen und den dazu geeigneten Ausbildungen des Schal¬ ters. Sie gehen alle von der Injektion eines Plasmas bzw. von der Injektion von Ladungsträgern aus einer Niederdurck-Gas- - 12 -
    [0049] Ströme bei hohen Schaltleistungen zu verarbeiten. Verwendet man in solchen Schaltern eine Kathode 11 und vorzugsweise auch eine Anode 12 mit mehreren Löchern 5, 24 bzw. 9, 25, wie in den Ansprüchen 17 bis 20 angegeben und in Fig. 4 dargestellt, dann kann man dadurch wirksam Zerstörungen, die eine Folge von so hohen Strömen sein könnten, optimal vermeiden. Die Folge dieser Maßnahme ist natürlich, dass bei Steigerung der Leistung in derartigen Schaltern nur bei großen Leistungen auftretende mögliche Schwachstellen erkennbar werden, die sonst nicht zum Tragen kämen.
    [0050] Bei HochleistungsSchaltern, bei denen die Isolatoren auf die erfindungsgmäße Weise geschützt sind, ist der nächst¬ anfällige Bereich des Schalters jener Elektrodenraum ist, in dem der den Schalterstrom tragende Elektronenstrom an der Kathode 11 ausgelöst wird. Es hat sich gezeigt, dass die Berührung des Plasmas im wesentlichen im Loch 5 auftritt und dass eine gewisse Fläche, je nach Spannung und Strom des Schaltvorganges, für die wesentliche Ladungs- trägerbereitstellung verantwortlich ist. Typische Werte dazu sind z.B. Flächen der Elektronenauslösung in der Größenordnung von 1 cm2 im Bereich des Loches 5 bei Strom¬ stärken von typischerweise 10 kA. Die dadurch bestimmte Strom¬ dichte ist direkt korreliert mit der Lebensdauer der Elektroden- - 11 -
    [0051] Hierzu dient der im Anspruch 12 aufgeführte Wasserstoff¬ speicher. In Fig. 2 ist ein solcher Wasserstoffspeicher 22 dargestellt. Er besteht aus einem zylindrischen Körper 22 aus einem Wasserstoff aufnehmenden Metall, z.B. aus Titan, welches in einer z.B. aus Nickel bestehenden, an den Enden offene
    [0052] Hülse 21 besteht, die durch eine elektrische Widerstandsheizung 19 beheizt wird. Der Speicher 22 wird auf einer Temperatur ge¬ halten, bei welcher sich ein für die Pseudofunkenentladung ge¬ eigneter Gleichgewichtsdruck in der Gasfüllung einstellt. Im Falle eines Titanspeichers könnte diese Temperatur bei 600°C liegen. Der Speicher 22 ist in einer Kammer hinter der äußeren Glimmentladungselektrode 14 angeordnet; die Kammer ist durch Löcher 20 in der Glimmentladungselektrode 14 mit dem Kathoden- Hinterraum 10 verbunden, in welchem die Glimmentladung statt- findet.
    [0053] Die Ansprüche 1 bis 16 befassen sich mit Ausführungsformen des Schalters, welche durch die Verwendung von zwei Hauptelektroden (Kathode 11 und Anode 12) mit jeweils einem Loch darin ge- kennzeichnet sind, wobei zwischen Anode und Kathode keine weiteren Elätroden angeordnet sind (vgl. Fig. 2, 3 und 4) .
    [0054] Die in den Ansprüchen 1 bis 12 beschriebenen Ausführungsformen von Schaltern erlauben es, auch im Langzeitbetrieb hohe - 10 -
    [0055] schirmung der Öffnungen 6 des Kathodenkäfigs 2 beitragt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind die Glimment¬ ladungselektroden 13 und 14 mit zur Wand parallelen, sich teilweise überlappenden, ringförmigen Fortsätzen 16 und 17 versehen, die die Wand 9 abschirmen.
    [0056] In ähnlicher Weise sind bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Kathode 11 und die Anode 12 so gestaltet, dass die zwischen ihnen ablaufende Pseudofunken- entladung den Abschnitt 9a der Wand 9 nicht direkt beleuchten kann. Zu diesem Zweck hat die Kathode 11 einen zur Wand 9 parallelen ringförmigen Fortsatz 18, der in eine ringförmige Ausnehmung 18a der Anode 12 eintaucht.
    [0057] Die Wechselwirkung des Plasmas mit den Wänden der Gasent¬ ladungskammer bewirkt insbesondere bei Hochstrombelastung eine allmähliche Verringerung des Gasdrucks (das Füllgas ist vorzugsweise Wasserstoff und/oder Deuterium) , weil Ionen der Gasentladung in die Elektroden und in die isolierenden Wände 9a bis 9e diffundieren und weil der vorhandene Metall¬ dampf eine Getterwirkung ausübt. Ausserdem können Wasserstoff und Deuterium durch Verunreinigungen im Elektrodenwerkstoff chemisch gebunden werden und auch durch eine verhaltnismässig hohe Löslichkeit in Metallen wie Kupfer und Nickel verloren- gehen. Es ist daher sinnvoll, eine hermetisch dichte, insbe¬ sondere eine abgeschmolzene Gasentladungskammer zu verwenden, in der eine Nachfüllung von verlorengegangenem Gas durch Ma߬ nahmen erfolgen kann, die von aussen zu beeinflussen sind. - 9 -
    [0058] als unerwünschte Durchschläge prinzipiell besonders leicht an diesen tripelpunktartigen Berührungslinien 4 entstehen.
    [0059] Diese wichtige Maßnahme für die Langzeitstabilität von Pseudo- funkenschaltern, insbesondere von Hochstromschaltern, wird am besten wirksam, wenn zwischen beiden Hauptelektroden (Kathode 11 und Anode 12) des Schalters und der isolierenden Wand 9a ein solcher enger Spalt 3 vorgesehen ist, so dass de facto die Elektrodendurchführungen durch die Wand 9 im Vergleich zu planparallelen Elektroden (Fig. 1) geometrisch zurückgesetzt sind. Ein wesentlicher Effekt im Sinne der Erfindung wird aber schon dadurch erreicht, dass nur bei einer der beiden Elek¬ troden 11 oder 12 die Elektrodendurchführung zurückgesetzt wird, wie es der Patentanspruch 1 fordert.
    [0060] Die bei einem Schaltvorgang ablaufende Gasentladung ist da¬ durch gekennzeichnet, dass ein Plasmastrahl nach dem Zünden des Schaltvorgangs in den hinter der Kathode 11 liegenden Raum läuft und auch dort unerwünschterweise die Wand 9 be- leuchtet und durch Photoeffekt und durch Sputterprozesse Elektrodenmaterial in die Gasphase transportiert, so dass auch dort Maßnahmen ratsam sind, um die Diffusion des Elek¬ trodenmaterials an die Isolatorwand 9 zu behindern. Diesem Anliegen sind die Ansprüche 8 und 14 gewidmet. Demgemäß hat die in Fig. 2 dargestellte Anordnung einen Schirm 15, welcher einen Teil der Öffnungen 6 des Kathodenkäfigs 2 abschirmt, und die im Kathodenhinterraum liegende Glimmentladungs- elektrode 13 ist so gestaltet, dass sie ebenfalls zur Ab- keit führt, den Elektrodenabstand (d) möglichst klein zu wählen. Die technische Grenze wird dann durch die Feldemission von Elektronen im Bereich der Löcher 5, 8 gesetzt sowie durch die Tatsache, dass bei kleinen Abständen d zwischen Anode 12 und Kathode 11 und relativ großen Löchern 5, 8 darin In¬ stabilitäten und Fluktuationen wegen der dann extrem steilen Zündspannungs-Kennlinie besonders leicht auftreten. Es ist daher, von Vorteil, zwischen Kathode 11 und Anode 12 wie in den Figuren 6 bis 8 dargestellt Zwischenelektroden 31 (Fig. 6) bzw. 34 (Fig. 7 und 8) vorzusehen, die entweder freiflutend angeordnet oder ausserhalb der Gasentladungskammer mit Spannungsteilern verbunden sind, durch die im Falle dreier Zwischenelektroden z.B. die nachstehenden Potentiale an die Elektroden gelegt werden, bezogen auf das Potential der Kathode 11:
    [0061] - Kathode: oV
    [0062] - der Kathode benachbarte Zwischenelektrode: ca. 15 kV
    [0063] - mittlere Zwischenelektrode: ca. 30 kV
    [0064] - der Anode benachbarte Zwischenelektrode: ca. 45 kV - Anode: 60 kV.
    [0065] Durch diese Zwischenelektroden 31 bzw. 34, welche zweck- mässigerweise parallel zur Kathode 11 und Anode 12 verlaufen, wird die Spannungsfestigkeit wesentlich erhöht. Der Druck kann bei gegebenem Abstand von Kathode 11 und Anode 12 über die Zwischenelektroden 31, 34 hinweg auch bei hohen Halte¬ spannungen relativ hoch sein und die elektrische Feldstärke wird in den einzelnen Bereichen zwischen den Elektroden 11, 12, 31, 34 verhältnismäßig klein. Dies führt zu einer wesent- liehen Erhöhung der Stabilität des Schaltsystems gegenüber Fluktuationen, zu einer Reduzierung des Gasverbrauchs und zu einer wesentlichen Reduzierung der Sputterrate des Elektro¬ denmaterials. Darüberhinaus ist auch die Anfälligkeit gegen Gleitentladungen längs der isolierenden Wand 9 wegen der Her- absetzung der Feldstärke stark vermindert. Ausführungsformen eines solchen Schalters sind Gegenstand der Ansprüche 21 und 22.
    [0066] Im Falle des Anspruchs 21 sind die Zwischenelektroden 31 als parallele Platten zwischen Kathode 11 und Anode 12 in die isolierende Wand 9 eingebaut worden.
    [0067] Im Falle des Anspruchs 22 ist bei den Zwischenelektroden 34 die im Anspruch 1 bzw. Anspruch 3 für die Anode 12 und die Kathode 11 gegebene technische Lehre verwirklicht, indem auch bei den Zwischenelektroden 34 die Verbindungslinien 33 zwischen den Zwischenelektroden 34, an denen Metall, Gas und Isolator 9 zusammenstoßen, durch einen Spalt 3a vor dem Eindringen des elektrischen Feldes, ausgehend von den je- weils gegenüberliegenden Elektroden, geschützt sind.
    [0068] Um dies zu erreichen, sind die Zwischenelektroden als hohle Scheiben ausgebildet, die nur in der Mitte ihres Umfangs einen ringförmigen Vorsprung haben, mit dem sie in der iso¬ lierenden Wand 9 gehalten werden. In beiden Fällen haben natürlich die Zwischenelektroden 31 und 34 Löcher 32 bzw. 35, die fluchten und dadurch einen Kanal bilden, in welchem die Pseudofunkenentladung abläuft.
    [0069] Der Hohlraum in den Zwischenelektroden 34, wie sie im Aus¬ führungsbeispiel gemäß Fig. 7 dargestellt sind, ist im wesent¬ lichen ein feldfreier Raum. In der Weiterbildung des Schal¬ ters, die Gegenstand des Anspruchs 23 ist und in Fig. 8 dar¬ gestellt ist, befindet sich in dem Hohlraum der Zwischen- elektroden 34 ein Schirmblech 36, welches den geraden Weg zwischen der Kathode 11 und der Anode 12 unterbricht. Damit die Ladungsträger dennoch von der Anode zur Kathode gelangen können, darf das Schirmblech den Durchgang durch die jeweilige Zwischenelektrode 34 natürlich nicht vollständig versperren. Zweckmässigerweise sind deshalb abseits der Löcher 35 im
    [0070] Schirmblech 36 Löcher 37 vorgesehen, durch die hindurch die Ladungsträger auf einem Umweg zur Anode gelangen können. Der Vorteil dieser Maßnahme liegt darin, dass die Spannungsfestig- keit weiter erhöht wird. Weitere Vorteile liegen darin, dass die Energieverluste des Schalters geringer werden, weil die Elektronen nicht mehr so stark beschleunigt werden. Eine weitere positive Folge davon ist , dass weniger Röntgen¬ strahlung auftritt und weniger Schäden an den Teilen der Gas¬ entladungskammer auftreten. Trotz der Schirmbleche 36 läuft eine Pseudofunkenentladung ab, weil das Plasma durch die seitlichen Löcher 37 in den Schirmblechen koppelt.
    [0071] Das in Fig. 9 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Schalters unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten darin, dass die Kathode 11 und die Anode 12 abgesehen von Kathoden¬ käfig 2 als ebene Platten ausgebildet sind. Zugleich ist der Anodenkäfig weggefallen. Dadurch sind auch die Ring- spalte 3 entfallen.
    [0072] Die Anode 12 wurde ausserdem dadurch vereinfacht, dass ihr zentrales Loch entfallen ist. Eine solche Ausführungsform eines Pseudofunkenschalters eignet sich für einfachere An- Wendungen, bei denen nur mit relativ niedrigen Spannungen zwischen Anode und Kathode bis etwa 5 kV gearbeitet wird, so dass an die Güte der Isolation zwischen Anode und Kathode nicht so hohe Anforderungen gestellt werden müssen.
    [0073] Die Weiterbildung gemäß den Ansprüchen 24 und 25, dargestellt in Fig. 10, trägt der Möglichkeit des Pseudofunkenschalters, in parallel geschalteten Systemen verwendet zu werden, Rech¬ nung. Insbesondere wegen des weitgehend fluktuationsfreien Aufbaus der Gasentladung, welche durch die Triggerung mit einer Glimmentladung gewährleistet ist, können Pseudofunkenschalter parallel betrieben werden, wenn sie innerhalb eines nicht zu großen Zeitintervalls getriggert werden. Es hat sich ge¬ zeigt, dass dieses Zeitintervall von der Größenordnung des Impulsanstiegs des Schalters sein uss. In niederohmigen Systemen liegen die Anstiegszeiten des Schaltimpulses in der
    [0074] Größenordnung 10 —8s, so dass bei einer zeitlichen Fluktuation des Schaltvorgangs in der Größenordnung von 1 bis 2 ns, wie sie für die Schalter realistisch sind, ein Parallelschalten von mehreren Schaltern im Betrieb möglich ist. Auf diese Weise lassen sich großflächige Schaltarrangements aufbauen, die überdies extrem niederinduktiv sind und bei denen eine Stromverteilung auf parallelgeschaltete Systems vorgenommen werden kann, was zu einer Begrenzung der Belastung der einzlenen Schaltteile führt. Notwendig für einen langzeitigen Betrieb solcher Systeme ist jedoch, dass bei vorgegebenen geometrischen Dimensionen der Schalter der Gesamtgasdruck in allen Systemen gleich gehalten werden uss. Wegen des Gas¬ verbrauchs empfiehlt es sich daher, die Schalter 42 kommuni¬ zierend an ein gemeinsames RohrleitungsSystem 43 anzuscließen, über welches sie mit einem gemeinsamen Gasspeicher 44 ver¬ bunden sind, von dem aus sie, vorzugsweise mit Unterstützung durch einen Druckregler, mit dem Gas versorgt werden.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche:
    1. Gaselektronischer Schalter (Pseudofunkenschalter) mit einer Gasentladungskammer, in der zwei Metall-Elektroden, nämlich eine Kathode (11) und eine Anode (12) in einem Ab¬ stand (d) voneinander angeordnet sind, wobei die Elektroden (11, 12) durch eine elektrisch isolierende Wand (9a) aus keramischem Material oder aus Glas voneinander getrennt sind und die Kathode (11) mit einem Loch (5) versehen ist und die Elektroden (11, 12) durch eine dichte, metall-keramische Verbindung oder Ver¬ schmelzung mit der isolierenden Wand (9a) verbunden sind und sich in der Gasentladungskammer eine ionisierbare Niederdruck-Gas- füllung unter einem solchen Druck p befindet, dass das Produkt p x d so bemessen ist, dass die Zündung einer Gasentladung zwi¬ schen den Elektroden (11, 12) bei einer an diese angelegten Spannung erfolgt, welche in jenem Zweig der Kennlinie der Zünd- Spannung in Abhängigkeit vom Druck liegt, in welcher die Zünd¬ spannung mit steigendem Druck fällt, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens eine der beiden Elektroden (11, 12) die Ver¬ bindungslinien (4) an denen die jeweilige Elektrode (11, 12) das Gas und die isolierende Wand (9a) zusammentreffen, von der jeweils gegenüberliegenden Elektrode (12, 11) einen größeren
    Mindestabstand aufweisen als (d) mit der Maßgabe, dass die be¬ treffende Elektrode (11, 12) von der isolierenden Wand (9a) durch einen Spalt (3) getrennt ist, dessen Breite kleiner als (d) ist.
    2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anode (12) ein dem Loch (5) in der Kathode (11) gegenüberliegendes Loch (8) vorgesehen ist.
    3. Schalter-nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl für die Kathode (11) als auch für die Anode (12) die Verbindunglinien (4) an denen das Metall der jeweiligen Elektrode (11, 12), das Gas und die isolierende Wand (9a) zu¬ sammentreffen, von der jeweiligen Gegenelektrode (12, 11) einen größeren Mindestabstand aufweisen, als (d) mit der mit der Ma߬ gabe, dass die Elektroden (11, 12) von der isolierenden Wand (9a) durch einen Spalt (3) getrennt sind, dessen Breite kleiner als (d) ist.
    4. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (3) wesentlich kleiner als (d) , vorzugsweise kleiner als 1 mm ist.
    5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (3) so klein wie technisch möglich ist.
    6. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Raum hinter der Kathode (11) ein Käfig in Gestalt eines von einer metallischen Wand (2) umgebenen Hohlraums (7) vorgesehen ist, der Öffnungen (5, 6) hat, zu der ausser dem Loch (5) in der Kathode (11) wenigstens eine weitere, den Hohlraum (7) mit dem Kathoden-Hinterraum verbindende Öffnung (6) gehört. dass im Kathoden-Hinterraum zwei weitere Elektroden (13, 14) angeordnet und in der Weise beschaltet sind, dass zwi¬ schen Ihnen eine Niederdruck-Gasentladung (10)* brennen kann, so dass im Wartezustand des Schalters, also vor der Zündung des Pseudofunkens zwischen der Kathode (11) und der Anode (12) , ein kleiner Teilstrom von Ladungsträgern aus der Niederdruck- Gasentladung durch den Hohlraum (7) und durch das Loch (5) in der Kathode (11) zur Anode (12) fließt.
    7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Elektroden (13, 14) so beschaltet sind, dass zwischen ihnen während des Betriebs des Schalters ständig eine Niederdruck-Gasentladung (10) brennt.
    8. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Öffnungen (6) in der Wand (2) des als Käfig ausgebildeten Hohlraums (7) hinter der Kathode (11) durch Metallschirme (15) oder durch die zusätzlichen Elektroden (13, 14) im Kathoden-Hinterraum so abgeschirmt sind, dass die isolierende Wand (9b, 9c, 9d, 9e) der Gasentladungskammer aus dem Innern des Hohlraums (7) heraus nicht auf geradem Weg erreicht werden kann.
    9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die durch die Gasentladung besonders beanspruchten Teile der Elektroden (11 bis 14) , der Metallschirme (15) und der Wand (2) des Hohlraums (7) hinter der Kathode (11) sowie die Rückwand des Kathoden-Hinterraums und ggfs. auch die Rückwand des Anoden-Hinterraums aus einem Hartmetall wie z.B. Wolfram, Tantal, Molybdän oder aus Legierungen, die diese Metall enthalten, oder aus einem Chrom-Kupfer-Verbundwerkstoff gefertigt sind. ♦
    10. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kathode (11) und/oder an der Anode (12) ein oder mehrere metallische Schirme 18 derart angebracht sind, dass das Licht aus der zwischen der Kathode (11) und der Anode (12) im Bereich zwischen ihren Öffnungen (5, 8) brennenden Gas¬ entladung nicht auf direkten Wege zu der die Gasentladungs¬ kammer umgebenden isolierenden Wand (9a) gelangen kann.
    11. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der isolierenden Wand (9a-9e) der Gasentladungs¬ kammer und den zusätzlichen Elektroden (13, 14), zwischen denen eine zur Triggerung des Pseudofunkens vorgesehene Gleichstrom- Glimmentladung brennt. Schirme (15, 16, 17) so angeordnet sind, dass das Plasma der Glimmentladung die isolierende Wand (9a-9e) auf geradem Wege im wesentlichen nicht beleuchten kann.
    12. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfüllung aus Wasserstoff oder aus schwerem Wasserstoff (Deuterium) oder aus einer Mischung dieser beiden Gase besteht, dass ein WasserstoffSpeicher in
    Gestalt eines adsorptiven Metallspeichers (22) vorgesehen ist, der beispielsweise aus Titan, Zirkon und/oder Palladium oder aus einem anderen Metall oder aus einer Metallegierung besteht. welche zur adsorptiven Aufnahme von Wasserstoff und zur an¬ schließenden Freisetzung von Wasserstoff durch Wärmezufuhr zum Speicher geeignet ist, und dass eine Heizung (19, 21) und ein auf die Heizung einwirkender Druckregler vorgesehen sind, so dass der Druck der Gasfüllung in der Gasentladungskammer auf einen vorgegebenen Wert eingeregelt werden kann.
    13. Schalter nach Anspruch 6 und vorzugsweise nach einem weiteren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass eine impulsförmig betreibbare Spannungsquelle vorge¬ sehen ist, die entweder mit den zusätzlichen Elektroden (13, 14) , zwischen denen die zur Zündung des Pseudofunkens ver¬ wendete Niederdruck-Gasentladung brennt, oder mit Hilfselektro¬ den verbunden ist, die im Kathodenhinterraum angeordnet sind und auf die zwischen den zusätzlichen Elektroden (13, 14) brennende Niederdruck-Gasentladung so einwirken, dass die In¬ jektion von Ladungsträgern aus dieser Niederdruck-Gasentladung in den Hohlraum (7) hinter der Kathode (11) zur Zündung des Pseudofunkens impulsartig verstärkt wird.
    14. Schalter nach Anspruch 6 und vorzugsweise nach einem weiteren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich¬ net, dass hinter der Anode (12) ein Käfig in Gestalt eines von einer metallischen Wand umgebenen Hohlraums (23) vorge- sehen ist.
    15. Schalter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (23) hinter der Anode (12) von ähnlicher Größe wie der Hohlraum (7) hinter der Kathode (11) ist.
    16. Schalter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass Schaltmittel zum Vertauschen der Polarität von Kathode (11) und Anode (12) vorgesehen sind.
    17. Schalter nach Anspruch 6 und vorzugsweise nach einem weitere der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
    Kathode (11) mit mehreren Löchern (24) versehen ist, und dass jedes dieser Löcher (24) in einen hinter der Kathode vorgesehene von einer metallischen Wand (2) umgebenen Hohlraum (7) mündet, in dem wenigstens eine weitere den Hohlraum (7) mit dem Kathoden- Hinterraum verbindende Öffnung (6) vorgesehen ist.
    18. Schalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (24) in der Kathode (11) in einen gemeinsamen Hohl¬ raum (7) hinter der Kathode (11) münden.
    19. Schalter nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anode eine entsprechende Anzahl von Löchern (8,
    25) wie in der Kathode (11) vorgesehen ist, welche den Löchern (5, 24) in der Kathode (11) fluchtend gegenüberliegen.
    20. Schalter nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet dass er eine die Kathode (11) und die Anode (12) im rechten
    Winkel durchsetzende Symmetrieachse (40) hat und dass die Löcher (5, 24; 8, 25) in der Kathode (11) und ggfs. in der Anode (12) symmetrisch in Bezug auf die Symmetrieachse (40) angeordnet sind.
    21. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung seiner Spannungsfestig- keit zwischen der Anode (12) und der Kathode (11) von diesen elektrisch isoliert eine oder mehrere Zwischenelektroden (31 und 34) vorgesehen sind, die mit dem Loch (5) und ggfs. mit den weiteren Löchern (24) in der Kathode (11) fluchtende Löcher (32) haben.
    22. Schalter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Zwischenelektroden (34) so ausgebildet und angeordnet ist, dass die Verbindungslinien (33) dieser Zwischenelektroden, an denen das Metall der Zwischenelektrode
    (34) das Gas und die isolierende Wand (9) der Gasentladungskammer zusammentreffen, von der jeweils benachbarten Elektrode (11 oder 12 oder 34) einen größeren Mindestabstand aufweisen als der Ab¬ stand zwischen der Zwischenelektrode (34) und der betrachteten benachbarten Elektrode (11 oder 12 oder 34) im Bereich ihrer
    Löcher (5, 8, 35) mit der Maßgabe, dass die Zwischenelektroden (34) von der isolierenden Wand (9) durch einen Spalt (3a) ge¬ trennt sind, dessen Breite kleiner als dieser genannte Abstand ist.
    23. Schalter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die
    Zwischenelektroden (34) hohl sind und in ihrem Hohlraum ein Schirmblech (36) haben, welches den geraden Weg zwischen der Kathode (11) und der Anode (12) unterbricht und die von der Kathode (11) zur Anode (12) fließenden Ladungsträger stattdessen auf einen Umweg zwingt.
    24. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasentladungskammer einen Ein¬ laß (41) zum Zuführen des Füllgases von aussen hat.
    25. Eine aus mehreren Schaltern gemäß Anspruch 24 gebildete Anordnung, in welcher die Schalter (42) durch Rohr¬ leitungen (43) parallel miteinander verbunden sind, welche ferner mit einem Gasspeicher (44) verbunden sind.
    26. Verwendung eines Schalters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23 als Überspannungsabieiter in einem elektrischen
    Netzwerk, mit welchem er in der Weise verbunden ist, dass er bei überschreiten einer vorgegebenen Spannung zwischen zwei Anschlußpunkten (26, 27) des Netzwerks zündet und solange aus diesem Netzwerk Energie ableitet, bis diese vorgegebene Spannung unterschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schalter (30) und dem Netzwerk elektrische Bau-* elemente, insbesondere ein RC-Glied (28, 29), liegen, welche die vorgegebene Spannung zwischen den Anschlußpunkten (26 und 27) an die Zündspannung des Schalters (30) anpassen.
    27. Gaselektronischer Schalter (Pseudofunkenschalter) mit einer
    Gasentladungskammer, in der zwei Metall-Elektroden, näm¬ lich eine Kathode (11) und eine Anode (12) in einem Abstand (d) voneinander angeordnet und durch eine elektrisch isolierende Wand aus keramischem Material oder aus Glas voneinander ge¬ trennt sind und wenigstens die Kathode (11) , vorzugsweise auch die Anode (12) mit einem Loch (5, 8) versehen ist und die als ebene Platten ausgebildeten Elektroden (11, 12) durch eine dichte, metall-keramische Verbindung oder Verschmelzung mit der isolierenden Wand (9) der Gasentladungskammer verbunden sind und sich in der Gasentladungskammer eine ionisierbare Nieder¬ druck-Gasfüllung unter einem solchen Druck p befindet, dass das Produkt p x d so bemessen ist, dass die Zündung einer Gasent¬ ladung zwischen den Elektroden (11, 12) bei einer an dieser an¬ gelegten Spannung erfolgt, welche in jenem Zweig der Kennlinie der Zündspannung in Abhängigkeit vom Druck liegt, in welcher die Zündspannung mit steigendem Druck fällt, dadurch gekennzeich- net, dass im Raum hinter der Kathode (11) ein Käfig in Gestalt eines von einer metallischen Wand (2) umgebenen Hohlraums (7) vorgesehen ist, der Öffnungen (5, 6) hat, zu der ausser dem Loch (5) in der Kathode (11) wenigstens eine weitere, den Hohl¬ raum (7) mit dem Kathoden-Hinterraum verbindende Öffnung (6) gehört,
    dass im Kathoden-Hinterraum zwei weitere Elektroden (13, 14) angeordnet und in der Weise beschaltet sind, dass zwischen ihnen eine Niederdruck-Gasentladung (10) brennen kann, so dass im Warte- zustand des Schalters, also vor der Zündung des Pseudofunkens zwischen der Kathode (11) und der Anode (12) , ein kleiner Teil¬ strom von Ladungsträgern aus der Niederdruck-Gasentladung durch den Hohlraum (7) und durch das Loch (5) in der Kathode (11) zur Anode (12) fließt.
    28. Schalter nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass auch hinter der Anode (12) ein von einer metallischen Wand umgebener Hohlraum (23) vorgesehen ist, der durch ein mit dem Loch (5) in der Kathode (11) fluchtendes Loch (8) in der Anode zugänglich ist.
    29. Verfahren zum Betreiben eines Schalters nach Anspruch 27 oder 28 oder nach Anspruch 6 und vorzugsweise nach einem weiteren der Ansprüche 7 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass aus der zwischen den zusätzlichen Elektroden (13) und (14) dauernd brennenden Niederdruck-Gleichstromglimmentladung ständig ein geringfügiger Ladungsträgerstrom, der für sich allein zur Zündung des Pseudofunkens noch nicht ausreicht, zur Anode (12) geführt wird, und dass der Pseudofunken dadurch gezündet wird, dass die Spannung zwischen der Kathode (11) und der Anode (12) durch Einwirkung von aussen erhöht wird, so dass die Durchbruchs¬ spannung überschritten wird.
    30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung zwischen der Kathode (11) und der Anode (12) durch Schaltimpulse im Schaltkreis des Schalters erhöht wird.
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    引用文献:
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    DE2804393A1|1978-02-02|1979-08-09|Christiansen Jens|Verfahren zur erzeugung hoher gepulster ionen- und elektronenstroeme|
    DE2804393C2|1978-02-02|1987-01-02|Jens Prof. Dr. 8520 Buckenhof De Christiansen||EP0433480A1|1989-12-20|1991-06-26|Siemens Aktiengesellschaft|Hohlelektrodenschalter|
    DE4100565A1|1991-01-10|1992-07-16|Siemens Ag|Gasentladungsschalter|
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    FR2708810A1|1993-07-29|1995-02-10|Litton Systems Inc|Positionnement d'une cathode dans un interrupteur à décharge dans un gaz.|
    US5407645A|1991-06-27|1995-04-18|Siemens Aktiengesellschaft|Hydrogen storage device for a plasma switch|
    FR2715007A1|1994-01-13|1995-07-13|Centre Nat Rech Scient|Commutateur pseudospark déclenché par décharge corona.|DE3100924A1|1981-01-14|1982-08-05|Siemens Ag|"gasentladungs-ueberspannungsableiter"|
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    DE59009153D1|1990-09-03|1995-06-29|Siemens Ag|Hohlelektrodenschalter.|
    EP0473813A1|1990-09-03|1992-03-11|Siemens Aktiengesellschaft|Hohlelektrodenschalter|
    EP0510232B1|1991-04-25|1995-10-18|Siemens Aktiengesellschaft|Gasentladungsschalter|
    DE9117007U1|1991-04-25|1995-01-26|Siemens Ag|Gasentladungsschalter|
    DE4214331C2|1992-04-30|1995-07-06|Siemens Ag|Gasentladungsschalter und Verfahren zu dessen Fertigung|
    DE4214359A1|1992-04-30|1993-11-04|Siemens Ag|Gasentladungsschalter|
    JPH06212469A|1992-07-16|1994-08-02|Imura Japan Kk|ガス拡散電極及び該ガス拡散電極を用いた電気化学反応装置|
    DE4226076A1|1992-08-06|1994-02-10|Siemens Ag|Elektrodenanordnung für Gasentladungsschalter|
    JP3075024B2|1993-07-28|2000-08-07|富士電機株式会社|電磁波駆動型スイッチ|
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    US8789772B2|2004-08-20|2014-07-29|Sdg, Llc|Virtual electrode mineral particle disintegrator|
    US10060195B2|2006-06-29|2018-08-28|Sdg Llc|Repetitive pulsed electric discharge apparatuses and methods of use|
    US10407995B2|2012-07-05|2019-09-10|Sdg Llc|Repetitive pulsed electric discharge drills including downhole formation evaluation|
    JP6039983B2|2012-09-28|2016-12-07|株式会社デンソー|内燃機関用のスパークプラグ及びその製造方法|
    EP3008746B1|2013-06-11|2017-09-06|Supergrid Institute Sas|Vakuumschaltanordnung|
    WO2015042608A1|2013-09-23|2015-03-26|Sdg Llc|Method and apparatus for isolating and switching lower voltage pulses from high voltage pulses in electrocrushing and electrohydraulic drills|
    US9696782B2|2015-02-09|2017-07-04|Microsoft Technology Licensing, Llc|Battery parameter-based power management for suppressing power spikes|
    US10158148B2|2015-02-18|2018-12-18|Microsoft Technology Licensing, Llc|Dynamically changing internal state of a battery|
    US9748765B2|2015-02-26|2017-08-29|Microsoft Technology Licensing, Llc|Load allocation for multi-battery devices|
    US9939862B2|2015-11-13|2018-04-10|Microsoft Technology Licensing, Llc|Latency-based energy storage device selection|
    US10061366B2|2015-11-17|2018-08-28|Microsoft Technology Licensing, Llc|Schedule-based energy storage device selection|
    US9793570B2|2015-12-04|2017-10-17|Microsoft Technology Licensing, Llc|Shared electrode battery|
    RU2638954C2|2016-04-27|2017-12-19|Виктор Дмитриевич Бочков|Коммутирующее сильноточное устройство|
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE19873721529|DE3721529A1|1987-06-30|1987-06-30|Triggerung und isolation von pseudofunkenschaltern|
    DEP3721529.9||1987-06-30||DE19883873729| DE3873729D1|1987-06-30|1988-06-30|Gaselektronischer schalter .|
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