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Überspannungsschutz Das Hauptpatent 48¢ 774 betrifft eine Überspannungssicherung
mit zwei zueinander parallel liegenden Funkenstrecken, die so angeordnet sind, daß
die Grobsicherung die Feinsicherung, die als Glimmröhre ausgebildet ist, umgibt.
Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Metallumhüllung, die als Grobschutz
dient, gleichzeitig die Glimmröhre kühlt und daß die Metallumhüllung durch ihre
Lage und Größe auch den inneren Überschlag (Durchschlagsspannung und Ableitungsstrom)
beeinflußt. Eine stark magnetische Beeinflussung auf die innere Funkenstrecke kann
dadurch erfolgen, daß die gesamte Anordnung der Einwirkung einer Blasspule ausgesetzt
wird, die sowohl auf die außen angebrachtenÜberschlagstellen als auch auf das Innere
wirkt. Der gedrängte Zusammenbau ermöglicht - das Anbringen der Rohre innerhalb
einer Blasspule und auch das leichte Einführen eines Eisenkernes in die Spule bzw.
in die Röhre.
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Wird die Grobfunkenstrecke auf dem Glas der Röhre angebracht, so läßt
sich durch Verstärkung des Glases (Erhöhung) an der Stelle, wo die Funkenstrecke
sitzt, der eigentliche Überschlag in Abstand vom Rohrinnern anbringen und verhindern,
daß etwa doch durch einen Lichtbogen die Glaswand beschädigt werden könnte. Die
Röhren können auch ohne Innenelektroden hergestellt werden, so daß nur die äußeren
Elektroden, die gleichzeitig den Grobschutz darstellen, aufgebracht werden müssen.
Das hat den Vorteil, daß die Herstellung der Röhren einfacher wird, da es dann nicht
erforderlich ist, Metalldrähte durch die Glaswand hindurchzuführen. Im nachstehenden
sind einige Ausführungsbeispiele angeführt, die verschiedene Röhren-und Elektrodenformen
zeigen.
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In Abb. i ist gezeigt, wie die Röhre i von der Röhre :2 umgeben wird.
Zwischen i und 2 befindet sich das Edelglas als Durchbruchsstrecke. Der Abstand
i bis 2 ist mit für die Durchbruchsspannung maßgebend. IstRöhre i innerhalb der
Röhre 2 genau konzentrisch angeordnet, so ist der Durchschlag nach allen Seiten
gleich. Ist Röhre :2 nicht konaxial, sondern sind die Achsen etwas gegeneinander
verschoben, so wird der Durchbruch an der engsten Stelle beginnen, aber der ganze
Umfang kann dann am Durchbruch teilnehmen. Röhre i ist überzogen mit der Metallhülle
3; Röhre 2 ist überzogen mit der Metallhülle q.. Eine innere Metallelektrode 3'
bzw. q.' kann in der Röhre sitzen und durch eine Zuführung mit der äußeren Elektrode
in Verbindung gebracht sein. Sie kann aber auch, wie in Abb. i gezeigt, isoliert
durch die
eine äußere Elektrode geführt werden, wenn z. B. in den
Kreis der äußeren Funkenstrecken (äußeren Elektroden) ein Widerstand 6' o..dgl.
eingeschaltet werden soll, der nicht auch gleichzeitig vor der Edelgasfunkenstrecke
liegt. Der äußere Belag ist von der Stelle 6 ab nicht weitergeführt, so daß hier
die innere Elektrode ¢' nicht in Verbindung steht mit der äußeren Elektrode 4. Die
Überschlagstrecke 5 ist so ausgebildet, daß an der Stelle, an welcher das Metall
auf dem Rohr sitzt, der Abstand etwas größer ist, so daß die eigentliche Überschlagstrecke
vom Rohr entfernt gehalten wird. Dabei kann an der Stelle, an welcher die Funkenstrecke
auftreten soll, die Rohrwand etwas vorstehen, so daß auch hierdurch der Funken selbst
vom Rohr entfernt gehalten wird und bei 5 funkenhornähnliche Aufbiegungen, der Außenelektroden
entstehen. Der Schnitt A-B zeigt die Lage der Röhren und Elektroden zueinander.
Die Funkenstelle 5 ist als punktierte Kreislinie eingezeichnet.
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Die innere Röhre kann in Wegfall kommen und dafür einfach eine Metallelektrode
i im Innern eines Rohres angebracht werden. In der Abb. a ist dies gezeigt, und
zwar besteht dort die Elektrode i und q.' im Innern der Röhre aus Metall, und zwar
entweder aus Vollmetall oder aus gelochtem Blech, Drahtgeflecht o. dgl. In der gezeichneten
Anordnung ist die Innenelektrode i mit der Außenelektrode 3 in Verbindung. Es könnte
aber auch zwischen 4. und 4' metallische Verbindung geschaffen werden, die dann
auch gleichzeitig mit zur Wärmeabführung dienen würde. Die Innenelektrode i kann
von der Elektrode .4' durch einen zwischen den Elektroden angebrachten, siebartig
ausgebildeten Körper getrennt werden. Zu dieser Trennung köAnte, wie in Abb. a gezeigt,
eine gelochte Glasröhre verwendet werden, um bei entsprechend feinen Durchtrittsöffnungen
zu verhindern, daß der Glimmstrom sich zum Lichtbogen entwickeln kann. Statt eines
Glasrohres könnte man aber auch ein Glassieb aus Glaskörnern oder ein anderes Diaphragma
verwenden, das gegebenenfalls in den Hohlräumen metallisiert sein könnte. Doch könnte
auch der Zwischenraum zwischen den Elektroden mit Glaswolle, Glassand o. dgl. ausgefüllt
werden. Sowohl diese Füllung als auch die Siebe bzw. Diaphragmen könnten so gewählt
werden, daß sie eine verhältnismäßig hohe Wärmekapazität besitzen.
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Wird eine Anordnung nach Abb.3 gewählt, so kann in die Elektrode i
im Innern eine metallische Vollelektrode oder ein Metallrohr mit Kühlvorrichtung
angebracht werden, so daß keine zu starke Erwärmung ein- -tritt. Bei dieser Anordnung
nach Abb.3 könnte man auch im innere, Rohr i eine Elektrode aus magnetischem Material
(Vollmaterial) anbringen, und es könnte auch die innere Elektrode 3' und 4', die
in der Abbildung nicht gezeichnet ist, aus magnetischem Material bestehen. Eine
Blasspule io kann direkt auf dem Rohr sitzen, oder es kann zwischen Rohr und Spule
noch eine Eisenhülle, z. B. die äußere -Elektrode 4., angebracht werden. Das magnetische
Feld könnte so oder in beliebiger anderer Weise geformt werden, so daß es sowohl
auf das Innere der Röhre als auch auf die Funkenstrecke in gewünschter Weise einwirkt.
Man könnte dann erreichen, daß bei steigendem Strom das Feld etwa auftretende Lichtbogen
sicher löscht und auch im Innern der Röhre Lichtbogenbildung verhindert. Dabei kann
dieselbe Spule auch gleichzeitig dazu dienen, bestimmte Schaltungen der Elektroden
von Widerständen u. dgl. vorzunehmen. Die . Funkenstrecke 5' kann einen größeren
Abstand als 5 erhalten, so daß in der Regel erst der Überschlag an 5 und dann an
5' erfolgt. Es können aber auch beide Funkenstrecken gleichen Abstand besitzen.
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Wird nach Abb. 4 -das Rohr scheibenförmig ausgebildet, so kann es
ebenso wie die anderen Röhren entweder nur äußere Elektroden 3, 4 oder außerdem
auch noch Innenelektroden 3', ¢' erhalten. Die äußeren und inneren Elektroden können
beliebig in ihren Abmessungen voneinander abweichen. Zwischen den äußeren und inneren
Elektroden kann von einer Verbindung abgesehen werden; sie können auch, wie in Abb.
4 angedeutet (Verbindung 3 und 3'), miteinander verbunden werden. Der Glimmstrom
wird dann von der Fläche 3' gegen die Fläche 4' übertreten. 3' und 4' können voneinander
durch eine Trennwand i i' bzw. durch Füllung mit den oben angegebenen Materialien,
wie Glassand, Glaswolle o..dgl., getrennt werden.
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Werden derartige scheibenförtnige Röhren mit äußerem Belag verwendet,
so lassen sich mehrere Röhren aufeinanderschichten (Hintereinanderschalten), so
daß die Gesamtspannung erhöht wird. Es kann dann außen nochmals eine besondere Funkenstrecke
für die Gesamtspannung angebracht sein.
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In Abb. 5 ist eine Röhre ohne Innenelektroden gezeichnet. Es sind
nur die Außenelektroden 3 und 4 vorhanden, die in die Vertiefungen 7 und 8 der Glaswand
eindringen, so daß auf diese Weise nach außen glatte Flächen geschaffen sind. Hierdurch
wird eine verhältnismäßig große Metallmasse angebracht und die Wärmeableitung eine
günstige. Die Elektroden 3 und 4 könnten auch das Rohr in einer gleichmäßigen Schicht
umgeben.
In i kann, wenn das Rohr magnetisch beeinflußt werden soll,
ein Eisenstab (voll oder hohl) eingeführt werden, und außerhalb der Elektrode 4
könnte dann die Spule sitzen.
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Eine ähnliche Anordnung wie Abb. 5 ergibt Abb. 6. Nur ist die Glaswand
glatt zylindrisch durchgeführt, und die Innenelektroden 3', 4' erhalten Vorsprünge
7 und B. Sowohl bei Abb. 5 als auch bei Abb. 6 sind bevorzugte Übertrittsstellen
geschaffen, bei denen sich die Elektroden stark nähern. Die Gesamtoberfläche wird
durch diese Anordnung verhältnismäßig groß.
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Wird die Innenelektrode aus einem thermisch beeinflußbaren Material
hergestellt, so könnte durch die thermische Wirkung eine Veränderung des Abstandes
der Elektroden unter Einfluß des Glimmstromes stattfinden. Das kann sowohl erfolgen,
indem die ganzen Elektroden oder nur Teile der Elektroden bewegt werden. Statt sich
voneinander zu entfernen, könnten sich auch die Elektroden einander nähern und den
Kreis kurzschließen, parallel schalten oder sonstige Schaltungen vornehmen.
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Werden die Elektroden aus magnetischem Material hergestellt, so könnte
die thermische Wirkung noch durch magnetische Wirkung unterstützt werden. Dabei
braucht gegebenenfalls nicht die ganze Elektrode aus magnetischem Material zu bestehen,
sondern nur Teile derselben bzw. an ihr angebrachte Anker.
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Wenn die Elektroden als thermisch wirksame, gegebenenfalls zusätzlich
magnetisch beeinflußbare Glieder ausgebildet werden, so kann in einem besonders
vollkommenen Maße erreicht werden, daß bei bestimmten Überspannungen der Feinschutz
die dauernde Ableitung übernimmt und infolgedessen ein Spannungsanstieg über ein
gewisses Maß hinaus bei langsam wachsender Spannung nicht erfolgen kann und erst
bei (weiteren) plötzlichen Überspannungsstößen der Grobschutz in Wirkung tritt.