DE112006002464T5

DE112006002464T5 - Gasgefüllter Überspannungsableiter, aktivierende Verbindung, Zündstreifen und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE112006002464T5
Application number: DE112006002464T
Authority: DE
Inventors: Kelvin Buckland Dinham Loader; Stephen J. Lake Zurich Whitney
Original assignee: Littelfuse Inc
Current assignee: Littelfuse Inc
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2008-07-24
Also published as: TW200731631A; CN101297452A; US7643265B2; WO2007033247A2; US20070064372A1; JP2009508320A; WO2007033247A3

Abstract

Überspannungsableiter umfassend:
mindestens zwei Elektroden;
ein eingeschlossenes Gas; und
eine aktivierende Verbindung, die auf mindestens eine der Elektroden aufgebracht ist, wobei die aktivierende Verbindung umfasst,
Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, Kalium- oder Natriumsilikat in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%,
Titanpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, Natriumcarbonat in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-%, und
Cäsiumchlorid in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Komponenten im Allgemeinen und insbesondere Überspannungsschütze und Gasröhren-Überspannungsableiter.
Der Bedarf an Einrichtungen, die empfindliche elektronische Komponenten vor Überspannungsanstiegen schützen, nimmt zu. Für diesen Zweck gibt es auf dem Markt verschiedene Einrichtungen. Bestimmte Einrichtungen sind für bestimmte Anwendungen besser geeignet.
Es gibt im Allgemeinen zwei Überspannungsableiter-Klassifizierungen, von denen jede unterschiedliche Typen von Einrichtungen enthält. Eine Klassifizierung von Überspannungsschutzeinrichtungen ist die Klemmschaltungs-(crowbar)Klassifizierung. Klemmschaltungen beinhalten Luftspalten, Kohlenstoffblöcke, Silizium gesteuerte Stromrichter (silicon controlled rectifiers, SCRs), Einrichtungen mit spannungsvariablen Material (VVM) und Gasröhren-Überspannungsableiter, den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Eine weitere Klassifizierung von Überspannungsschutzeinrichtungen sind die Suppressordioden bzw. die Klemm-(clamping)Klassifizierung. Suppressordioden-Einrichtungen schließen Zener-Dioden oder Avalanche-Dioden und Metalloxidvarsitoren (MOVs) ein.
Suppressordioden-Einrichtungen begrenzen die kurzzeitige Überspannung durch Verändern eines internen Widerstandes auf ein bestimmtes Niveau, basierend auf der angelegten Spannung. Die Suppressordioden-Einrichtungen selbst absorbieren die Energie des Transienten. Suppressordioden-Einrichtungen weisen eine relativ schnelle Ansprechzeit auf, sind aber in ihrer Fähigkeit, hohen Stromniveaus zu widerstehen, relativ begrenzt.
Im Allgemeinen begrenzt eine Klemmschaltung als Antwort auf ein erhöhtes Spannungsniveau die an den geschützten Stromkreis gelieferte Energie durch den plötzlichen Wechsel von einem hohen Impedanz-Stadium zu einem niedrigen Impedanz-Stadium. Nachdem sie einem ausreichenden Spannungsniveau ausgesetzt wurde, beginnt die Klemmschaltung, die normalerweise nicht leitfähig ist, zu leiten. Während des Leitens bleibt die Klemmen- bzw. Restspannung (arc voltage) bzw. der Spannungsabfall über der Klemmschaltung relativ niedrig (beispielsweise bei oder unter 15 Volt für Gasentladungsröhren Kurve wie folgend in 3 gezeigt). Die Mehrheit des Transientenstroms wird zur Erde oder zu den Widerstandselementen des Stromkreises abgeleitet und nicht zu dem Abschnitt des Stromkreises, der durch die Klemmschaltung oder durch Gasröhren-Überspannungsableiter geschützt werden soll. Derartige Stromableitungen befähigen Gasröhren-Überspannungsableitern zu widerstehen und Ladungen für eine längere Dauer vor höheren Spannungsund/oder höheren Stromniveaus zu schützen als Klemmschaltungen.
Bezogen auf 1 schließt ein bekannter Gasröhren-Überspannungsableiter 10 zwei Elektroden 12 und 14 ein, die mit einem hohlen zylindrischen Keramikisolator 16 ausgestattet sind. Innerhalb des Isolators 16 sind die inneren Oberflächen der Elektroden 12 und 14 mit einer aktivierenden Verbindung beschichtet. Bezogen auf 2A und 2B schließt ein anderer bekannter Gasröhren-Überspannungsableiter 20 die zwei äußeren Elektroden 12 und 14 ein, die mit zwei durch eine dritte Elektrode 24 voneinander getrennten Keramikisolatoren 20 und 22 ausgestattet sind. Beide Ableiter 10 und 20 beherbergen ein Gas, so wie Argon oder Neon. Die aktivierende Verbindung hilft bei einem kurzfristigen Überspannungsereignis, das Gas leitfähig zu machen.
Die Betriebsparameter für Gasröhren-Überspannungsableiter enthalten: (i) statische oder Gleichstrom-Überschlagsspannung, (ii) dynamische oder akut ansteigende Überschlagsspannung, (iii) Löschspannung, (iv) Glühspannung, (v) Strombelastbarkeit unter Wechselstrom und (vi) gepulster Gleichstrom. Diese Betriebsparameter können durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, wie durch (i) den strukturellen Aufbau der Elektroden, (ii) die Art des verwendeten Gases, (iii) den Druck bei dem das Gas in dem Ableiter gehalten wird, (iv) der Anordnung von einem oder mehreren Zündstreifen innerhalb des Ableiters und durch (v) die aktivierende Verbindung, die auf den aktiven Oberflächen der Elektroden angeordnet ist.
Die aktivierenden Verbindungen können multiple Komponenten beinhalten.
Beispielsweise beinhaltet eine bekannte Verbindung drei Komponenten, nämlich Aluminium, Natriumbromid und Bariumtitanat. Obwohl diese Verbindung anwendbar ist, besteht ein Bedarf an neuen aktivierenden Verbindungen, die versuchen, die Betriebsparameter von Gasröhren-Überspannungsableitern, so wie die vorstehend aufgeführten Betriebsparameter, zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden sind multiple Beispiele von gasgefüllten Überspannungsableitern detaillierter beschrieben. Die Ableiter schließen im Allgemeinen mindestens zwei an ein isolierendes Gehäuse gekoppelte Elektroden ein. Ein Gas wird in das von den Elektroden umschlossene Gehäuse eingefüllt. Eine aktivierende Verbindung wird auf mindestens eine der Elektroden aufgebracht. Bei normalem Betrieb und normalen Betriebsspannungen kann der Strom nicht von einer Elektrode zur anderen fließen. Bei einem Überspannungszustand erreicht die Spannung einen Punkt des Durchbruchs, bei dem das Gas ionisiert und einen leitenden Pfad erzeugt. Fließt der Strom ersteinmal durch die Einrichtung wirkt die Elektrodenbeschichtung als Elektronenquelle und schützt die Elektrode und ermöglicht es, den Überspannungszustand viele Male zu wiederholen, bevor die Einrichtung ihre festgelegten Betriebsparameter überschreitet. Während dieser Phase, wie in 3 gezeigt, hält die Spannung eine bestimmte Spannung, beispielsweise ungefähr 15 Volt, und ein entsprechender Strom kann fließen, beispielsweise um zur Erde abgeleitet zu werden, was die potenziell schädlichen Auswirkungen des Überspannungszustandes minimiert.
Das Gehäuse kann aus jedem geeigneten isolierenden Material gemacht sein, so wie aus Keramik, Glas, Kunststoff oder jeglicher geeigneter Kombination davon. Das Gehäuse kann mindestens im Allgemeinen zylindrisch sein oder aus jeglicher geeigneter Form, die hermetisch versiegelt werden kann, um die Gasatmosphäre zu halten. Dazu wird das Gehäuse in einer Dicke hergestellt, die in der Lage ist, die Gasatmosphäre zu halten und großen mechanischen Beanspruchungen zu widerstehen, die mit dem Absorbieren von großen Strömen assoziiert sind, wie sie bei einem Blitzschlag gefunden werden.
In einer Ausführungsform wird ein einzelnes Gehäuse verwendet. Die Elektroden sind an jedem Ende des Gehäuses angebracht. In einer anderen Ausführungsform werden zwei Gehäuse verwendet. Eine Elektrode ist an einem äußeren Ende von jedem Gehäuse angebracht. Eine dritte innere Elektrode ist zwischen den beiden Gehäusen wie in einem Sandwich eingepfercht. In einer Ausformung ist die innere Elektrode auf eine oder beide Seiten mit der aktivierenden Verbindung aufgetragen.
Die Oberfläche der Innenseite des Gehäuses kann einen oder mehrere Zündstreifen beinhalten oder damit abgelagert sein. Der/die Zündstreifen kann/können beispielsweise Graphit sein. Die Zündstreifen verbessern die dynamische Antwort des Ableiters. Die Zündstreifen können mindestens eine Eigenschaft aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus: (i) hergestellt aus mindestens einem nicht-Graphit Material, (ii) hergestellt aus einem Muster aus Punkten und (iii) einschließlich multipler Streifen, die mindestens eins von axial und radial auf der inneren Oberfläche des Gehäuses verteilt sind.
Das Gehäuse kann mindestens eine Eigenschaft aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus: (i) beherbergt das eingeschlossene Gas, (ii) hergestellt aus Keramik, Glas oder Kunststoff, (iii) trägt mindestens einen Zündstreifen, (iv) ist mindestens im Wesentlichen zylindrisch und (v) ist auf einer von beiden Seiten einer inneren Elektrode verteilt.
In einer Ausformung beinhaltet die eine oder die mehreren Elektrodenoberflächen, auf die die Verbindung aufgebracht ist, Vertiefungen in die die Verbindung eingebracht ist. Die Vertiefungen können eine Waffel-ähnliche Oberfläche erzeugen, die besser dazu in der Lage ist, die Verbindung zu halten und mehr von der Verbindung zu halten. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann die Elektrode, so wie eine Endelektrode, mit der aktivierenden Verbindung auf einer Seite beschichtet sein. Alternativ kann eine innere Elektrode auf multiplen Seiten beschichtet sein.
In einer weiteren Ausformung sind die Elektroden so geformt, dass wenn sie an dem/den Gehäuse/n angebracht sind, Abschnitte von zwei oder mehr Elektroden dicht beieinander räumlich beabstandet sind, um eine umschlossene Funkenstrecke zu bilden. Diese Abschnitte können mit der aktivierenden Verbindung beschichtet sein. Die engen Abstände von multiplen die Verbindung aufweisenden Oberflächen dienen auch dazu, die dynamische Antwort des Ableiters zu verbessern.
Die Elektroden können aus jeglichem oder mehreren geeigneten Materialien wie Kupfer, Nickel, Nickeleisen oder jeglicher Kombination davon hergestellt sein (beispielsweise legiert, beschichtet oder plattiert).
Die Elektrode, auf die die Verbindung aufgebracht ist, beinhaltet mindestens eine Eigenschaft ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) einschließlich Vertiefungen, in die die Verbindung eingebracht ist, (ii) hat die Verbindung auf eine Seite der Elektrode aufgebracht, (iii) hat die Verbindung auf multiple Seiten der Elektrode aufgebracht, (iv) ist so ausgebildet, dass ein Abschnitt der Elektrode dicht an eine andere der Elektroden räumlich beabstandet ist und (v) ist aus Kupfer, Nickel, Nickeleisen oder jeglicher Kombination davon hergestellt, jeglicher beschichteten Verbindung davon und jeglicher plattierten Verbindung davon.
Das den Ableiter füllende Gas kann variieren. Das Gas kann ein inertes Gas so wie Stickstoff, Neon, Krypton oder Argon oder anderes im Allgemeinen nicht reaktives Gas sein. Das Gas kann alternativ ein reaktives Gas wie Wasserstoff sein. Das Gas kann ein Gemisch aus reaktiven und nicht reaktiven Gasen sein, wie jegliche Kombination aus Wasserstoff, Stickstoff, Neon, Krypton und Argon. Das Gas in einer Ausformung ist innerhalb des Ableiters unter Druck gesetzt, wenn es abhängig von der erforderlichen Durchbruchspannung nötig ist (beispielsweise 1,979 bis 3,771 bar (14 bis 40 psig)). Ein Unterdruck kann angewendet werden, um die Luft (Stickstoff, Sauerstoff und Argon) zu entfernen, bevor der Ableiter mit der gewünschten Mischung bis zum gewünschten Druck wieder aufgefüllt wird.
Das eingeschlossene Gas ist mindestens ein Typ ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) einem inerten gas, (ii) einem reaktiven Gas, (iii) einem unter Druck gesetzten Gas, (iv) einem evakuierten Gas, (v) einem Gemisch aus Gasen, (vi) Wasserstoff, (vii) Siliziumwasserstoff bzw. Silan, (viii) Stickstoff, (ix) Argon, (x) Neon, (xi) Krypton und (xii) Kohlenstoffdioxid und (xiii) Helium.
Die aktivierende Verbindung kann ebenfalls variieren. In einer Ausformung schließt die Verbindung ein: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, (ii) Kalium oder Natriumsilikat in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, (iii) Titanpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, (iv) Natriumkarbonat in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% und (v) Cäsiumchlorid in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%.
In einer weiteren Ausformung schließt die Verbindung ein: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, (ii) Kalium oder Natriumsilikat in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, (iii) Titanpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, (iv) Natriumkarbonat in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% und (v) Natriumbromid in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%.
In einer weiteren Ausformung schließt die Verbindung ein: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, (ii) Kaliumsilikat in einer Menge von ungefähr 30 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, (iii) Natriumbromid in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-% und Calcium-Titanoxid in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-%.
In noch einer weiteren Ausformung schließt die Verbindung ein: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, (ii) Kalium oder Natriumsilikat in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, (iii) Titanpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, (iv) Calcium-Titanoxid in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% und (v) Natriumbromid in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%.
In noch einer weiteren Ausformung schließt die Verbindung ein: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-% (beispielsweise 13,2%), (ii) Kaliummetasilikat in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% (beispielsweise 17,6%), (iii) Aluminiumsiliziumpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% (beispielsweise 13,2%), (iv) Natriumkarbonat in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% (beispielsweise 15,4%) und (v) Cäsiumchlorid in einer Menge von ungefähr 25 Gew.-% bis ungefähr 45 Gew.-% (beispielsweise 40,6%).
In noch einer weiteren Ausformung schließt die Verbindung ein: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, (ii) Kaliumsilikat in einer Menge von ungefähr 30 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, (iii) Natriumchlorid in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-% und (iv) Bariumtitanoxid in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-%.
Im Folgenden sind ebenfalls verschiedene Systeme zum Aufstrahlen bzw. Aufspritzen bzw. Tintenstrahlen (ink-jetting) der vorstehend erwähnten Zündstreifen auf eine innere Oberfläche des Gehäuses des Überspannungsableiters detaillierter beschrieben. Wie im Folgenden detailliert beschrieben ist, unterstützen die Zündstreifen bei der gesamten elektrischen Leistung der Überspannungsableiter. Das Aufstrahlen der Streifen bietet mehrere Vorteile. Beispielsweise wurden Zündstreifen typischer Weise aus Graphit hergestellt, jedoch ermöglicht das Aufstrahlsystem die Absetzung von Streifen aus nicht-Graphit Materialien. Andere Vorteile schließen die Flexibilität, Genauigkeit und Wiederholbarkeit ein, die das Mikroprozessor gesteuerte System bereitstellt.
Das Aufstrahlsystem kann ein auf Bedarf bzw. Abruf basierendes System (demand system) sein oder ein kontinuierliches System. In dem auf Abruf basierenden System wird das Aufstrahlmaterial in eine Düse durch die Schwerkraft gespeist oder gepumpt, in der das Material bei Atmosphärendruck gehalten wird. Das Streifenmaterial innerhalb der Düse oder direkt angrenzend an die Düse wird mit einer Energiequelle in Kontakt gebracht, wie mit einem piezoelektrischen Umwandler oder elektrischen Widerstand, wie einem dünnen Filmwiderstand. Die Düse definiert eine interne Kammer mit einer Ausflussöffnung bzw. Mündung oder einer Öffnung. Um einen Tropfen des Aufstrahlmaterials zu erzeugen, überträgt die Energiequelle Energie in die Kammer der Düse. Die zugeführte Energie erzeugt eine Gasblase in dem Material und zwingt volumenmäßig eine bekannte Menge des Streifenmaterials durch die Ausflussöffnung, wobei ein Tropfen gebildet wird. Der Tropfen wird projiziert und/oder durch die Schwerkraft auf die innere Oberfläche des Ableitergehäuses gespeist.
Die Energiequelle ist elektronisch an ein Mikroprozessor basierendes Steuersystem gekoppelt, das Streifenmuster oder Programme speichert. Die Computermuster diktieren die Frequenz in der die Tropfen die Düse verlassen und die Größe der Tropfen. Insbesondere führen die Computerprogramme zu einem Datenpuls, der zu einem Treiber für die Energiequelle geschickt wird. Der Treiber konvertiert den Datenpuls in einen Spannungspuls (beispielsweise an/aus 0 bis 5 VDC), der zu der Energiequelle gesendet wird. Die Länge oder An-Zeit eines bestimmten Pulses in einer Ausführungsform bestimmt die Größe des Tropfens. Die Zeit zwischen den Vorderflanken zweier benachbarter Pulse in einer Ausführungsform bestimmt die Frequenz, in der die Tropfen die Ausflussöffnung verlassen.
In einer alternativen Ausführungsform wird ein kontinuierliches Aufstrahlsystem bereitgestellt. Hier verlässt ein kontinuierlicher Strom aus Streifenmaterial die Düse. Unmittelbar danach fließt das Material durch einen Aufladungsapparat, der den kontinuierlichen Strom in voneinander getrennte Tropfen vibriert bzw. schüttelt. Der Aufla dungsapparat lädt zusätzlich die getrennten Tropfen auf. Nachdem sie den Aufladungsapparat passiert haben, passieren die individuellen und aufgeladenen Tropfen aus Streifenmaterial eine Hochspannungs-Ablenkungsplatte, die die Tropfen dazu bringen kann, in die eine oder andere Richtung relativ zu der Platte abgelenkt zu werden. Auf diese Weise können die Tropfen auf die innere Oberfläche des isolierenden Gehäuses des Ableiters abgelenkt werden oder nicht abgelenkt werden. Oder die Tropfen können in einen Tropfensammler abgelenkt werden, so dass diese Tropfen nicht auf die innere Oberfläche des Ableitergehäuses abgelagert werden. Das Aufladen der Partikel steuert daher die Frequenz, in der die Tropfen auf das Gehäuse abgelagert werden.
Bei dem kontinuierlichen Aufstrahlen stellt die Frequenz in der die Tropfen von dem Strom in den Sammler abgelenkt werden die Frequenz ein, in der die restlichen Tropfen auf das Gehäuse abgelagert werden. Die Größe der Tropfen in dem kontinuierlichen System wird durch die Größe des Stromes und dem Niveau der Ausgangsleistung des Aufladungsapparates bestimmt.
Das auf Abruf basierende und das kontinuierliche Aufstrahlsystem agieren beide hintereinander mit einem Bewegungssteuerungssystem, das beispielsweise mindestens zwei zum Bewegen des Gehäuses konfigurierte Motoren beinhaltet. In einer Ausführungsform rotiert ein Motor das Gehäuse entlang einer sich länglich erstreckenden Ausflussnadel oder – röhre, während ein zweiter Motor das Gehäuse in einer Richtung verrückt, die coaxial zu der Nadel oder Röhre ist. Im Folgenden ist ein Beispiel eines derartigen Systems gezeigt, das zwei Schrittmotoren verwendet, worin ein Schrittmotor an einem Block befestigt ist, der gewindet ist oder ein oder mehrere gewindete Komponenten aufweist, die eine Gewindewelle oder eine Gewindespindel aufweisen. Die Gewindespindel ist an einen zweiten Motor gekoppelt. Der zweite Motor dreht die Gewindespindel, um den Block, an dem der erste Motor befestigt ist, dazu zu bringen, relativ zu der Aufspritzdüse vor und zurück zu rücken bzw. zu translatieren. Der erste an dem Block befestigte Motor ist an einen Halter gekoppelt, der das mit dem Halter ablösbar befestigte Gehäuse hält. Der erste Motor ist an den Halter gekoppelt und kann den Halter und somit das Gehäuse relativ zu der sich länglich in das Gehäuse erstreckenden Düse rotieren bzw. drehen. In dem im Folgenden dargestellten Beispiel bleibt die Düse stationär, während das Gehäuse in zwei Dimensionen relativ zu der Düse bewegt wird.
Alternativ werden eine oder beide der Rotations- oder Translationsbewegung durch den Aufstrahlapparat bereitgestellt. Hier rotiert oder translatiert bzw. verschiebt die Düse in Bezug auf das isolierende Gehäuse. Beispielsweise kann der Aufstrahlapparat zum verschieben bzw. translatieren in Bezug auf das Ableitergehäuse konfiguriert werden, während der Apparat bereitgestellt wird, um das Gehäuse in Bezug auf die Aufstrahldüse zu rotieren. Auf diese Weise stellen der Aufstrahlapparat und die Gehäusehalterung beide eine Komponente zu der gesamten Bewegungssteuerung bereit.
Die auf Mikroprozessoren basierenden Systeme betreiben ein oder mehrere Bewegungssteuerungsprogramme in Verbindung mit dem vorstehend diskutierten Aufstrahlmuster-Programm, um hoch genaue und wiederholbare Aufstrahlstreifenmuster herzustellen. Das Streifenmaterial kann jegliches leitende oder halbleitende Material in flüssigen Vehikeln und Bindemitteln sein, so wie schwarze Tintenstrahldrucker-Tinte. Diese Streifen können axial, radial oder diagonal entlang der inneren Oberfläche des Gehäuses aufgebracht sein, wie beispielsweise eines zylindrischen Gehäuses. Die Streifen können in jeglicher geeigneten Menge, Anordnung und Muster bereitgestellt werden. Die Streifen können kontinuierlich (zumindest für das bloße Auge) oder multiple, erkennbare kleinere Formen umfassen, wie beispielsweise Punkte. Die Dicke der Streifen kann auch besser gesteuert werden, als mit traditionellen Bleistiftstreifensystemen. Beispielsweise kann das Gehäuse ruhig gehalten werden, während multiple Tropfen an dem gleichen Punkt an dem Gehäuse abgelagert werden. Das auf Mikroprozessor basierende System ermöglicht es, dass individuell gefertigte Streifenmuster entwickelt und auf spezifische Ableiter zugeschnitten werden, die spezifische elektrische Leistungen aufweisen.
Entsprechend wird in einer Ausführungsform ein Überspannungsableiter durch ein Verfahren hergestellt das die Schritte beinhaltet: (i) Bereitstellen eines isolierenden Gehäuses, (ii) Aufstrahlen von mindestens einer Zündablagerung auf ein Inneres des Gehäuses, wobei die Ablagerung mindestens ein nicht-Graphit Material beinhaltet und (iii) Einschließen des Gehäuses mit mindestens einer Elektrode, wobei die Elektrode eine aufgebrachte aktivierende Verbindung aufweist.
Das Verfahren kann mindestens einen zusätzlichen Schritt beinhalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Anbringen von Bereichen bzw. Teilabschnitten des Gehäuses auf eine der Seiten der inneren Elektrode, (ii) unter Druck setzen eines Gases innerhalb des Gehäuses und (iii) Evakuieren des Gehäuses.
Die Ablagerung kann aus mindestens einem Material hergestellt sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Graphit, (ii) Kupferpulver verteilt in einem flüssigen Vehikel und Bindemittel, (iii) Tinte aus Filmwiderstandelement und (iv) leitende Filmtinten, die verdünnt sind, um den spezifischen Widerstand bzw. Resistivität bzw. Eigenwiderstand zu erhöhen.
Das Aufstrahlen der mindestens einen Ablagerung kann mindestens eins beinhalten von: (i) Erhitzen des Materials, (ii) Anlegen einer Spannung an das Material, (iii) Anregen des Materials, (iv) Durchfließen des Materials durch eine Öffnung, (v) Ablenken des Materials, (vi) Ausgeben von Tropfen des Materials, um ein gewünschtes Muster der Tropfen auf dem Gehäuse herzustellen und (vii) Auffangen von Tropfen in einem Reservoir, die nicht Teil der Ablagerung werden sollen.
Das Verfahren kann mindestens einen weiteren Schritt beinhalten von: (i) Rotieren des Gehäuses und (ii) Translatieren des Gehäuses während die Ablagerung auf das Gehäuse aufgestrahlt wird.
Die aktivierende Verbindung beinhaltet mindestens ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Nickelpulver, Kaliumsilikat, Natriumsilikat, Titanpulver, Natriumkarbonat, Cäsiumchlorid, Natriumbromid, Lithiumbromid, Calciumtitanoxid, Kaliummetasilikat, Aluminiumsiliziumpulver und Calciumtitanoxid.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Überspannungsableiter durch ein Verfahren hergestellt, das die Schritte beinhaltet: (i) Bereitstellen eines isolierenden Gehäuses, (ii) Aufstrahlen von mindestens einer Zündablagerung auf ein Inneres des Gehäuses, wobei die Ablagerung ein Muster von Tropfen beinhaltet und (iii) umschließen des Gehäuses mit mindestens einer Elektrode, wobei die Elektrode eine aufgebrachte aktivierende Verbindung aufweist.
Das Verfahren kann mindestens einen zusätzlichen Schritt beinhalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Anbringen von Bereichen des Gehäuses auf eine der Seiten der inneren Elektrode, (ii) unter Druck setzen eines Gases innerhalb des Gehäuses und (iii) Evakuieren des Gehäuses.
Die Ablagerung ist aus mindestens einem Material hergestellt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Graphit, (ii) Kupferpulver verteilt in einem flüssigen Vehikel und Bindemittel, (iii) Tinte aus Filmwiderstandelement und (iv) leitende Filmtinten, die verdünnt sind, um den spezifischen Widerstand zu erhöhen.
Das Aufstrahlen der mindestens einen Ablagerung kann mindestens eins beinhalten von: (i) Erhitzen des Materials, (ii) Anlegen einer Spannung an das Material, (iii) Anregen des Materials, (iv) Durchfließen des Materials durch eine Öffnung, (v) Ablenken des Materials, (vi) Auffangen von Tropfen in einem Reservoir, die nicht Teil der Ablagerung werden sollen, (vii) Verwenden eines in einem computerlesbaren Medium gespeicherten Tropfenmusters, um das Muster herzustellen und (viii) Unterteilen des Musters in Raster- bzw. Gitterpositionen und Aufstrahlen einer Anzahl an Tropfen auf jede Rasterposition des Musters.
Das Verfahren kann mindestens einen weiteren Schritt beinhalten von: (i) Rotieren des Gehäuses und (ii) Translatieren des Gehäuses während die Ablagerung auf das Gehäuse aufgestrahlt wird.
Das Verfahren kann das Aufstrahlen von mehreren Ablagerungen beinhalten, wobei jede Ablagerung ein erwünschtes Muster von Tropfen einschließt und wobei die Ablagerungen voneinander beabstandet sind, um ein erwünschtes Ablagerungsmuster herzustellen.
Das Gehäuse kann mindestens im Wesentlichen zylindrisch sein, wobei das erwünschte Ablagerungsmuster mindestens eins beinhaltet von: (i) ein erwünschter axialer Abstand und (ii) ein erwünschter radialer Abstand.
Die Ablagerung kann mindestens eine sein von: (i) mindestens allgemein fortlaufend aufgrund des engen Abstandes zwischen den Tropfen, (ii) mindestens allgemein rechtwinkelig, (iii) ausgebildet als Linie, (iv) axial entlang des Gehäuses erstreckend, das mindestens im Wesentlichen zylindrisch ist und (v) ausgebildet aus mehreren erkennbaren und getrennten Formen.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Überspannungsableiter durch ein Verfahren hergestellt, das die Schritte beinhaltet: (i) Bereitstellen eines isolierenden Gehäuses, (ii) Aufstrahlen von mindestens einer Zündablagerung auf ein Inneres des Gehäuses, wobei die Ablagerung ein Muster von Punkten beinhaltet, wobei die Punkte jeweils mehrere Tropfen beinhalten und (iii) umschließen des Gehäuses mit mindestens einer Elektrode, wobei die Elektrode eine aufgebrachte aktivierende Verbindung aufweist.
Die Punkte sind mindestens eins von: (i) erkennbar mit bloßem Auge, (ii) mindestens allgemein rund und (iii) axial entlang des Gehäuses erstreckend, das mindestens im Wesentlichen zylindrisch ist.
Daher ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung verbesserte Gasröhren-Überspannungsableiter bereitzustellen.
Es ist ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, verbesserte aktivierende Verbindungen für Gasröhren-Überspannungsableiter bereitzustellen.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, verbesserte Systeme zum Aufbringen von Zündstreifen auf das Gehäuse eines Gasröhren-Überspannungsableiters bereitzustellen.
Es ist noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, verbesserte Zündstreifen bereitzustellen, die auf das Gehäuse eines Gasröhren-Überspannungsableiters aufgebracht werden.
Darüber hinaus ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zum Auftragen von Zündstreifen auf relativ kleinere keramische oder andere Isolierungskörper bereitzustellen.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und in den Figuren beschrieben und werden aus ihnen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Ansicht eines Beispiels des Standes der Technik eines Gasröhren-Überspannungsableiters mit zwei Elektroden.
2A und 2B sind Frontal- und Seitenansichten eines Beispiels des Standes der Technik eines Gasröhren-Überspannungsableiters mit drei Elektroden.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Spannung-gegen-Strom-Kurve für einen Gasröhren-Überspannungsableiter zeigt, der in 4 bis 6 gezeigt ist.
4 ist eine Schnittansicht eines Beispiels eines Gasröhren-Überspannungsableiters mit zwei Elektroden, der Zündstreifen und eine aktivierende Verbindung beinhaltet.
5 ist eine Schnittansicht eines Beispiels eines Gasröhren-Überspannungsableiters mit zwei Elektroden, der geformte Elektroden und eine aktivierende Verbindung beinhaltet.
6 ist eine Schnittansicht eines Beispiels eines Gasröhren-Überspannungsableiters mit drei Elektroden, der geformte Elektroden und eine aktivierende Verbindung beinhaltet.
7 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Zündstreifen-Aufstrahlsystems mit Abruf-Betrieb.
8 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Zündstreifen-Aufstrahlsystems mit kontinuierlichem Betrieb.
9 ist eine Seitenansicht, die eine Ausführungsform der Bewegungssteuerungsausrüstung zeigt, die mit den Systemen aus 7 und 8 verwendet wird.
10 bis 15 sind schematische Ansichten der Innenseiten von Gehäusen von Überspannungsableitern, die unterschiedliche Zündstreifenmuster aufweisen.
16 und 17 zeigen den Unterschied bei den Zündstreifen, der zwischen mittels Stift gebildeter Streifen und Streifen gebildet durch Aufstrahlen entsteht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezogen auf die Zeichnungen und insbesondere auf 3 ist eine Spannung-gegen-Strom-Kurve für einen Gasröhren-Überspannungsableiter gezeigt. Bei normalem Betrieb ist der Gasröhren-Überspannungsableiter nicht leitend. Damit der Gasröhren-Überspannungsableiter leitend wird, müssen die sich innerhalb eines verschlossenen Gehäuses (gezeigt in 4 bis 6) befindlichen Gaselektronen ausreichend Energie zunehmen, um eine Ionisierung des innerhalb des Gehäuses gelagerten Gases (im Folgenden diskutiert) zu initiieren.
Die vollständige Ionisierung des Gases erfolgt durch Elektronenkollision. Die Ereignisse, die zur vollständigen Ionisierung führen, treten auf, wenn der Gasröhren-Überspannungsableiter einem steigenden Spannungspotenzial ausgesetzt wird. Wenn das Gas einmal ionisiert ist, kommt es zum Durchbruch und der Ableiter wechselt von einem Stadium hoher Impedanz gewissermaßen in einen Kurzschluss, was dem Transienten ermöglicht, abgeleitet zu werden, beispielsweise zur Erde, weg von einem geschützten Bereich des Strom- bzw. Schaltkreises. Wie 3 zu entnehmen ist, kann die Klemmenspannung oder die Spannung über dem Gasröhren-Überspannungsableiter bei ungefähr 15 Volt liegen, während die Gasröhre leitet.
Nachdem der Transient vorüber ist, löscht sich der Gasröhren-Überspannungsableiter selbst und wird mindestens im Wesentlichen ein geöffneter Stromkreis. Der Gasröhren-Überspannungsableiter ist daher rückstellbar. Um ein Abschalten des Ableiters bei Wechselstrom awendungen zu gewährleisten, muss, sobald der Transient vorüber gegangen ist, der Strom durch den Ableiter niedriger sein, als der folgende Nennstrom des Gasröhren-Überspannungsableiters. Das Weiterlauf-Nennstromerfordernis kann durch Platzieren einer Impedanz in Reihe unterstützt werden. Bei Gleichstromanwendungen ist der Gasröhren-Überspannungsableiter auch in der Lage, sich selbst zu löschen, vorausgesetzt die Vorrichtung wird innerhalb bestimmter Testzustände betrieben, die die maximale Vorspannung für einen bestimmten Strom einbeziehen, der über dem Gasröhren-Überspannungsableiter auftreten kann, während es immer noch möglich ist, den Gasröhren-Überspannungsableiter abzuschalten.
Die in 3 gezeigte Überschlags- bzw. Durchbruchspannung der Gasentladungsröhre wird durch den Elektrodenabstand, den Gastyp (beispielsweise Neon, Argon, Wasserstoff, wie folgt beschrieben), den Gasdruck und die Rate des Transientenanstiegs bestimmt. Die Durchbruchspannung wird allgemein als die Spannung bezeichnet, bei der der Gasröhren-Überspannungsableiter von einem Stadium hoher Impedanz in ein Stadium niedriger Impedanz wechselt. Beispielsweise kann die Durchbruchspannung 230 Volt (±15%) sein, wenn er einem Spannungsanstieg von 500 V/sek. ausgesetzt ist. Die im Folgenden beschriebenen Ableiter erfahren den Durchbruch bei höheren Spannungen, wenn die Rate des Anstiegs des Transienten zunimmt.
Die im Folgenden beschriebenen Ableiter weisen eine relativ robuste Bauart auf, was den Ableitern ermöglicht, relativ hohe Ströme abzuwickeln, beispielsweise größer als 10 Pulse eines Spitzenpulses mit 20,000 Amperepuls, der eine Anstiegszeit von 8 Mikrosekunden aufweist, abfallend auf den halben Wert in 20 Mikrosekunden (auch als eine 8/20 Wellenform beschrieben). Das Ableitungsleben des Ableiters kann bei ungefähr 1000 Beaufschlagungen von 500 Amperespitzen und 10/1000 Pulsen liegen. Mit einer relativ geringen maximalen Zwischenelektrodenkapazität können die im Folgenden beschriebenen Ableiter typischerweise in Funkfrequenzschaltungen platziert werden. Die Ableiter sind auch gut dafür geeignet, Telefonschaltungen, Wechselstromleitungen, Modems, Netzanschlussgeräte, Fernsehen über Gemeinschaftsantenne und andere Anwendungen zu schützen, bei denen ein Schutz vor großen und/oder unvorhersehbaren Transienten erwünscht ist.
Überspannungsableiter und Verbindungen
Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Gasröhren-Überspannungsableiter durch Ableiter 30 dargestellt. Ableiter 30 beinhaltet Elektroden 32 und 34, die an ein isolierendes Gehäuse 36 gekoppelt sind. Ein Gas 38 ist in das von Elektroden 32 und 34 umschlossene Gehäuse gefüllt (beispielsweise unter Druck gesetzt). Eine aktivierende Verbindung 40 ist auf mindestens einer der Elektroden 32 und 34 aufgebracht. Bei normalem Betrieb und normalen Betriebsspannungen kann der Strom nicht von einer der Elektroden 32, 34 zu der anderen fließen. Bei einem Überspannungszustand erreicht die Spannung einen Punkt des Durchbruchs, bei dem die Verbindung 40 aktiviert wird. Ein Strom ist dann in der Lage, den Ableiter 30 zu passieren. Die aktivierende Verbindung 40 stellt eine Elektronenquelle bereit, die abhängig von dem Niveau der Überspannung variieren kann und die die Elektroden 32 und 34 vor einer Erosion durch die Überspannung schützt. Folglich sind die Elektroden 32 und 34 in der Lage, multiplen Überspannungen innerhalb des rückstellbaren Ableiters 30 zu widerstehen.
In der in 4 dargestellten Ausführungsform wird ein einzelnes Gehäuse 36 verwendet. Die Elektroden 32 und 34 sind auf jedem Ende des Gehäuses 36 angebracht, beispielsweise geklemmt, angepresst, angelötet, angeklebt und/oder verlötet. In der dargestellten Ausführungsform beinhalten die Elektroden 32 und 34 die Anschlüsse 44 bzw. 46 oder sind mit ihnen verbunden, die es dem Ableiter 30 ermöglichen, elektrisch in einem Strom- bzw. Schaltkreis platziert zu werden, beispielsweise auf einer gedruckten Schaltplatte.
In einer Ausformung beinhalten oder definieren eine oder beide Elektroden 32 und 34 eine Reihe von Vertiefungen oder Waffeln 42, in die die Verbindung 40 eingebracht sind. Die Vertiefungen 42 erzeugen eine Waffel-ähnliche Oberfläche, die besser dazu in der Lage ist, die Verbindung 40 zu halten und mehr von der Verbindung 40 zu halten als eine glatte Oberfläche. Wie dargestellt, ist jede der Elektroden 32 und 34 auf ihrer inneren Oberfläche mit einer aktivierenden Verbindung 40 beschichtet.
Die Innenseite des Gehäuses 36 kann einen oder mehrere Zündstreifen 48 beinhalten oder damit abgelagert sein. Die Zündstreifen 48 verbessern die dynamische Antwort des Ableiters 30 durch Erzeugen eines Feldeffektes. Die Zündstreifen 48 sind unter Verwendung eines leitenden Materials mit hoher Widerstandsfähigkeit auf das Gehäuse 36 aufgebracht. Typische Zündstreifen 48 können Graphit oder Kohlenstoff sein. Die Zündstreifen 48 verlängern den an den Elektroden 32 und 34 erzeugten starken Feldeffekt, um die Erzeugungsgeschwindigkeit von freien geladenen Partikeln in dem Gas zu erhöhen, die sich dann schnell unter dem Einfluss des elektrischen Feldes bewegen, das zwischen einer negativen Elektrode oder Kathode, beispielsweise Elektrode 32, und einer positiven Elektrode oder Anode, beispielsweise Anode 34, erstellt wird. Die Zündstreifen 48 können in einem Muster wie dargestellt oder in einer Reihe oder in multiplen Reihen angeordnet werden. Wie dargestellt können bestimmte Streifen 48 eine der Elektroden 32 und 34 berühren, während es andere nicht können. Die Streifen 48 sind beabstandet, so dass sie keinen leitenden Pfad zwischen den Elektroden 32 und 34 herstellen.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Ablagern der Zündstreifen 48 auf das Gehäuse 36 ist im Folgenden in Zusammenhang mit 7 bis 17 erläutert.
In 5 ist ein alternativer Gasröhren-Überspannungsableiter dargestellt. Hier sind die Elektroden 52 und 54 so ausgebildet, dass wenn sie an dem Gehäuse 56 befestigt sind, die Abschnitte 62 und 64 der Elektroden 52 bzw. 54 dicht voneinander beabstandet sind. In einer Ausformung beträgt eine Lückenentfernung G zwischen Abschnitten 62 und 64 ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 1,5 mm. Abschnitte 62 und 64 beinhalten die vorstehend diskutierten Vertiefungen oder Waffeln 42, in die die aktivierende Verbindung 40 platziert ist.
Die dichte Beabstandung von multiplen die Verbindung aufweisenden Oberflächen verbessert die dynamische Antwort des Ableiters 50. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Ableiter 50 keine Zündstreifen 48. Alternativ kann der Ableiter 50 einen oder mehrere Zündstreifen 48 beinhalten.
In 6 ist ein weiterer Gasröhren-Überspannungsableiter 70 dargestellt. Hier beinhaltet der Ableiter 70 die Endelektroden 72 und 74 und eine beispielsweise tubuläre, zentrale Elektrode 78, die über jegliches der vorstehend beschriebenen Verfahren an die inneren Enden von zwei isolierenden Gehäusen 76a und 76b befestigt ist. Die Endelektroden 72 und 74 sind in gleicher Weise an die äußeren Enden der Gehäuse 76a und 76b befestigt.
Wie bei Ableiter 50 sind die Elektroden 72 und 74 so ausgebildet, dass wenn sie an den Gehäusen 76a und 76b befestigt sind, die Abschnitte 82 und 84 der Elektroden 72 bzw. 74 dicht voneinander beabstandet sind. In einer Ausformung sind die Abschnitte 82 und 84 durch eine vorstehend beschriebene Lückenentfernung G beabstandet. Abschnitte 82 und 84 beinhalten die vorstehend diskutierten Vertiefungen oder Waffeln 42, in die die aktivierende Verbindung 40 platziert ist.
Die zentrale Elektrode 78 wird mit einer ringförmigen Aussparung bereitgestellt, in die zusätzliche aktivierende Verbindung 40 platziert wird, die die gleiche oder eine unterschiedliche Verbindung 40 sein kann, die in die Abschnitte 82 und 84 und/oder in die Ableiter mit einzelner Lücke 30 und 50 aus 4 und 5 platziert ist. Die ringförmige Aussparung der zentralen Elektrode 78 kann ebenfalls die vorstehend diskutierten Vertiefungen oder Waffeln 42 aufweisen.
Die Gehäuse 36, 56 und 76a/76b der Ableiter 30, 50 bzw. 70 können aus jeglichem geeigneten isolierenden Material hergestellt sein, wie aus Keramik, Glas, Kunststoff oder jeglicher geeigneter Kombination davon. Die Gehäuse 36, 56 und 76a/76b können mindestens allgemein zylindrisch sein oder von jeglicher geeigneten Form, die einem unter Druck gesetzten Gas widerstehen kann. Dazu sind die Gehäuse 36, 56 und 76a/76b in einer Dicke hergestellt, die in der Lage ist, ein unter Druck gesetztes Gas 38 zu halten.
Die Elektroden 32/34, 52/54 und 72/74/78 der Ableiter 30, 50 bzw. 70 können aus jeglichem oder mehreren geeigneten Materialien wie Kupfer, Nickel, Nickeleisen oder jeglicher Kombination davon (beispielsweise legiert, beschichtet oder plattiert) hergestellt sein. Die Elektroden 32/34, 52/54 und 72/74/78 können jegliche geeignete Form oder Anschlussanordnung zur Verbindung zu einem externen Strom- bzw. Schaltkreis aufweisen, wie beispielsweise zu einer gedruckten Schaltplatte. Alternativ können die Ableiter 30, 50 und 70 konfiguriert sein, um in eine Buchse oder andere Verbindungsvorrichtung eingesteckt zu werden.
Das die Ableiter 30, 50 und 70 füllende Gas 38 kann variieren. Das Gas 38 kann ein inertes Gas sein, so wie Stickstoff, Neon, Krypton oder Argon oder ein anderes allgemein nicht-reaktives Gas. Das Gas 38 kann ein reaktives Gas sein, so wie Wasserstoff. Das Gas 38 kann ein Gemisch sein, so wie eine Kombination aus Wasserstoff, Stickstoff, Neon, Krypton, Argon. In einer Ausformung steht das Gas 38 unter Druck, beispielsweise von 1,979 bis 3,771 bar (14 bis 40 psig). Die ursprünglich in den Ableitern vorhandene Luft kann zuerst evakuiert werden, bevor das Gas 38 wieder in die Ableiter bis zu dem gewünschten Druck eingefüllt wird.
Die aktivierende Verbindung 40 für jeglichen der vorstehend beschriebenen Ableiter 30, 50 und 70 kann ebenfalls variieren. In einer Ausformung beinhaltet die Verbindung 40: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, (ii) Kalium oder Natriumsilikat in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.- %, (iii) Titanpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, (iv) Natriumkarbonat in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% und (v) Cäsiumchlorid in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%.
In einer weiteren Ausformung schließt die Verbindung 40 ein: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, (ii) Kalium oder Natriumsilikat in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, (iii) Titanpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, (iv) Natriumkarbonat in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% und (v) Natriumbromid in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%.
In einer weiteren Ausformung schließt die Verbindung 40 ein: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, (ii) Kaliumsilikat in einer Menge von ungefähr 30 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, (iii) Natriumbromid in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-% und Calcium-Titanoxid in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-%.
In noch einer weiteren Ausformung schließt die Verbindung 40 ein: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, (ii) Kalium oder Natriumsilikat in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, (iii) Titanpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, (iv) Calcium-Titanoxid in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% und (v) Natriumbromid in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%.
In noch einer weiteren Ausformung schließt die Verbindung 40 ein: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-% (beispielsweise 13,2%), (ii) Kaliummetasilikat in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% (beispielsweise 17,6%), (iii) Aluminiumsiliziumpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% (beispielsweise 13,2%), (iv) Natriumkarbonat in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis Cäsiumchlorid in einer Menge von ungefähr 25 Gew.-% bis ungefähr 45 Gew.-% (beispielsweise 40,6%).
In noch einer weiteren Ausformung schließt die Verbindung 40 ein: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, (ii) Kaliumsilikat in einer Menge von ungefähr 30 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, (iii) Natriumchlorid in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-% und (iv) Bariumtitanoxid in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-%.
Gemäß den vorstehend beschriebenen aktivierenden Verbindungen 40 werden die tatsächlichen Zündungs- und Löscheigenschaften der Überspannungsableiter mindestens im Wesentlichen durch die [Kaliumsilikat, Natriumsilikat oder Kaliummetasilikatverbindung] in Verbindung mit der Gasfüllung 38 sichergestellt, beispielsweise enthält eine Gasfüllung 38 Wasserstoff. Andere Komponenten, so wie Cäsiumchlorid und Natriumbromid in Verbindung mit Natriumkarbonat und Calciumtitanoxid stabilisieren die Gleichstrom Überschlagsspannung. Die Nickelpulverkomponente hilft beim garantieren von guten Löscheigenschaften vor und nach der Ladung. Cäsiumchlorid und Natriumbromid (Halogene), die mit einem oxidierenden Mittel so wie Natriumkarbonat, Calciumtitanoxid oder Bariumtitanoxid, verwendet werden, unterstützen beim Eliminieren von Verzögerungen bei der Durchbruchspannung während des "dunklen" Testens oder Lagerns. Die Halogene eliminieren im Wesentlichen den Bedarf an Radioaktivität für eine Pre-Ionisierungsquelle, wie Tritium.
Tritium und Aluminiumpulver, beide Übergangsmetalle oder Sauerstoffgetter, werden bereitwillig von den vorstehend aufgeführten Agenzien bei einer Temperatur während des Lötens oxidiert, die dann als Elektronenquelle dient, beispielsweise CaTiO₃ = (CaO + TiO₂)Ti + CaOCa + TiO₂
Die Natrium- oder Kaliumsilikate sind Wassergläser (water glasses), die als ein Bindemittel wirken, um die anderen Elemente vor und nach dem Brennen zusammen zu halten.
Die Ableiter 30, 50 und 70 weisen jeder eine gute Stromleitungsfähigkeit unter Wechselströmen auf, beispielsweise 60 mal 1 A, 1000 Volt Wechselstrom, 1 Sekunde Dauer und unter unipolar gepulstem Strom, beispielsweise 1500 mal 10 A, Welle 10/1000 Mikrosekunde, sogar bei Temperaturen von beispielsweise –40°C bis +65°C, während sie eine niedrige Überschlags-Spannungsanstieg (sparkover surge voltage), beispielsweise bei 100 Volt/Mikrosekunde niedriger als 600 V, eine konstante Löschspannung und eine konstante Gleichstrom Überschlagsspannung halten.
Zündstreifen und Aufspritzen der Zündstreifen
In 7 und 8 sind zwei Ausführungsformen von Aufstrahlsystemen für Zünd streifen dargestellt. 7 zeigt ein Zündstreifen-Aufstrahlsystem mit Abruf-Betrieb bzw. System mit Anforderungsmodus 90. Das Zündstreifen-Aufstrahlsystem mit Abruf-Betrieb 90 liefert Zündstreifenmaterial von einer Quelle 92. In einer Ausführungsform wird das Zündstreifenmaterial von Quelle 92 unter Umgebungsdruck gehalten. In derartigen Fällen wird das Zündstreifenmaterial durch die Schwerkraft aus Quelle 92 an eine Düse 94 gespeist. Alternativ wird das Streifenmaterial innerhalb des Reservoirs 92 durch Druck von der Quelle 92 an die Düse 94 gespeist. Hier ist das Streifenmaterial innerhalb der Düse 94 in der Lage, sich an den Atmosphärendruck anzupassen, bevor eine Kraft auf es wirkt, die die Düse 94 dazu bringt, Tropfen in separaten Volumen auszuwerfen.
In beiden Systemen 90 und 110 beinhaltet das Material für die Tropfen 100 und Streifen 48 in einer Ausführungsform Graphit. Jedoch ist das Material vorteilhafter Weise nicht auf Graphit beschränkt und kann stattdessen jegliche geeignete leitende oder halbleitende nicht-Graphit Materialien einschließen, so wie Kupferpulver verteilt in einem flüssigen Vehikel und Bindemittel. Tinten, die zur Formung von Filmwiderstandselementen verwendet werden, können ebenfalls für Tropfen 100 und Streifen 48 geeignet sein.
Wie dargestellt definiert oder beinhaltet Düse 94 eine Ausflussöffnung 96 und eine Düsenkammer 98. Tropfen 100 aus Streifenmaterial verlassen die Düsenkammer 98 und Ausflussöffnung 96 und werden auf eine innere Oberfläche 102 von einem der Gehäuse 36, 56 und 76a/76b wie vorstehend beschrieben abgelagert (zur Vereinfachung werden ab hier die Gehäuse 36, 56 und 76a/76b als Gehäuse 36 bezeichnet). Ebenfalls zur Vereinfachung ist die innere Oberfläche 102 als gerade in Bezug auf die Bewegungsrichtung der inneren Oberfläche 102 des Gehäuses 36 dargestellt. Wie vorstehend gezeigt ist das Gehäuse 36 in einer Ausführungsform mindestens im Wesentlichen zylindrisch. Die innere Oberfläche 102 kann deshalb mindestens im Wesentlichen zylindrisch sein, wobei die Bewegungsrichtung (angezeigt durch den Pfeil) eine Rotationsrichtung ist, wenn ein sich radial erstreckender Streifen 48 oder die Breite eines sich axial erstreckenden Streifens ausgebracht wird. Mit einem zylindrischen Gehäuse ist die innere Oberfläche 102 in der Bewegungsrichtung mindestens im Wesentlichen gerade, wenn das Gehäuse 36 verschoben bzw. translatiert wird, um einen sich axial erstreckenden Streifen 48 auszubringen. Das im Folgenden gezeigte System 90 kann sich radial, axial oder diagonal erstreckende Streifen ausbringen.
Die Bildung von Tropfen 100 für das System mit Abruf-Betrieb 90 aus 7 beinhaltet einen volumetrischen Wechsel in dem Streifenmaterial innerhalb der Düsenkammer 98 der Düse 94. In der dargstellten Ausführungsform wird der volumetrische Wechsel in dem Streifenmaterial durch einen Spannungsimpuls induziert, der von dem Treiber 104 an eine Energiequelle 106 bereitgestellt wird, die mit der Düse 94 gekoppelt ist, beispielsweise angeheftet, angeschweißt, angezogen oder angepresst, so dass die Energiequelle 106 mit den Zündstreifenmaterial in Kontakt steht. Die Energiequelle 106 kann ein piezoelektrischer Umwandler oder ein Widerstand sein, so wie ein dünner Filmwiderstand, von denen beide Energie auf das in der Kammer 98 befindliche Material übertragen. Die Energiequelle 106 kann eine oder mehrere einer thermalen, Ultraschall oder Radiofrequenz-Energiequelle sein.
Das System 90 beinhaltet einen Mikroprozessor (nicht dargestellt), der mit einem Speicher arbeitet, so wie einem Arbeitsspeicher RAM (random acess memory) oder Festwertspeicher ROM (read only memory), der ein oder mehrere Streifenmuster speichert. Nach einem Befehl zum Ausführen wie beispielsweise: (i) eins der Muster, (ii) eins der Muster mehrere Male oder (iii) zwei oder mehr Muster in Reihe, fragt der Mikroprozessor das angebrachte eine oder mehrere Muster von dem Speicher ab und läuft das Muster ab. Der Mikroprozessor sendet Daten an den Treiber 104, die das Muster ausmachen, beispielsweise Daten über die Beschaffenheit der Streifen. Der Treiber 104 konvertiert die Daten in Spannungsimpulse, in 7 schematisch durch die Impulsfolge 108 dargestellt, die von der Energiequelle 106 als angemessen erachtet werden, so dass die Energiequelle 106 das Streifenmaterial innerhalb der Kammer 98 anregt, um Tropfen 100 in der benötigten Zeit und Frequenz herzustellen.
In einer Ausführungsform kann das System mit Abruf-Betrieb 90 die Tropfen 100 in einem Frequenzbereich von Null Hertz (Hz) bis 25,000 Hz herstellen. Das Variieren der Zeit zwischen den Vorderflanken der Impulse von Impulsfolge 108 variiert die Frequenz der Tropfen in dem System 90.
Das System 90 ist in einer Hinsicht vorteilhaft, da die Streifenmuster, beispielsweise die folgend im Zusammenhang mit 10 bis 15 aufgeführten, digital gebildet und gespeichert werden können, was ermöglicht, das die Streifenbildung, beispielsweise über computergestütztes Design (CAD), direkt über einen Mikroprozessor auf den Treiber 104 herunter geladen werden können. Die gespeicherten Muster erzeugen auch hochgenaue und wiederholbare Muster von Zündstreifen 48 auf der Oberfläche 102 des Gehäuses 36. Die Flexibilität von CAD verbessert auch die Fähigkeit, ein oder mehrere besondere Zündstreifenmuster auf besondere Anwendungen zuzuschneiden.
Das Aufspritzen nach Anforderung von System 90 der 7 ist hinsichtlich eines weiteren Aspekts vorteilhaft, weil alle oder nahezu alle erzeugten Tropfen 100 verwendet werden, wobei verschwendetes Zündstreifen-bildendes Material nahezu vermieden wird. Eine Verringerung von Abfall kann für die Umwelt sowie für die Kosten, in Abhängigkeit des für die Zündstreifen 48 verwendeten Materials, vorteilhaft sein.
Da in System 90 eine mechanische Steuerung der Tropfen 100 an der Düse 94 über die Energieeingabe von Quelle 106 erfolgt, ist es wünschenswert, den Druck des Streifenbildenden Materials in Kammer 98 der Düse 94 bei Atmosphärendruck zu halten, bevor es durch Quelle 106 angeregt wird. Auf diesem Weg muss die in Kammer 98 der Düse 94 aufgrund der Quelle 106 gebildete Gasblase oder volumetrische Veränderung nicht gegen einen Materialüberdruck ankämpfen. Andererseits kann eine Lagerung des Streifenbildenden Materials bei Umgebungsdruck bewirken, dass das System 90 langsamer ist als ein kontinuierliches System 110, welches nachfolgend in Zusammenhang mit 8 erläutert wird.
Wie 8 zeigt, liefert ein kontinuierliches System 110 Zündstreifen-bildendes Material wieder in einem Reservoir oder einer Quelle 92. Hier wird das Streifen-bildende Material (striping material) in dem Reservoir 91 über Pumpe 112 von Quelle 92 zur Düse 94 druckgespeist. Die Pumpe 112 kann eine beliebige geeignete Flüssigkeitspumpe sein, wie eine Verdrängervakuumpumpe (positive displacement pump) oder eine peristaltische Pumpe. Das Streifen-bildende Material in der Düse 94 wird bei einem Überdruck gehalten, bis es Kammer 98 durch Mündung 96 der Düse 94 verlässt.
Tropfen 100 mit einer gewünschten Größe (beispielsweise 20 bis 500 μm) werden wieder an einer inneren Oberfläche 102 des Gehäuses 36 abgelagert. Die Bewegungsachse der Oberfläche 102 ist in 8 aus der Seite hinaus. Die Oberfläche 102 ist wiederum zur Vereinfachung als im Wesentlichen gerade dargestellt. Falls das Gehäuse 36 zylinderförmig ist, wird die Oberfläche 102, bei gegebener Bewegungsachse von 8, in 8 alternativ gebogen sein, wenn das Gehäuse 36 translatiert wird, um (i) die Länge eines sich axial erstreckenden Streifens 48 oder (ii) die Breite eines sich radial erstreckenden Streifens auszubringen. Die innere Oberfläche 102 wird zumindest im Wesentlichen gerade sein, wie in der Ansicht von 8 gezeigt ist, wenn das Gehäuse 36 gedreht wird, um (i) die Länge eines sich radial ersteckenden Streifens 48 oder (ii) die Breite eines sich axial erstreckenden Streifens auszubringen.
Im kontinuierlichen System 110 tritt die Flüssigkeit des Streifen-bildenden Materials aus der Mündung 96 der Düse 94 als ein kontinuierlicher Strahl bzw. Strom aus. Der kontinuierliche Strahl des Materials tritt durch ein ladendes Elektrodensystem, welches Druckschwingungen mit konstanter Frequenz erzeugt. Die Schwingungen trennen den Materialstrahl in einheitliche bzw. gleichförmige Tropfen, die mit signifikant höheren Frequenzen gebildet werden können, als mit dem Aufstrahlsystem mit Abruf-Betrieb 90. Insbesondere betritt der Strahl ein elektrostatisches Feld oder Ladungsfeld 114, welches die Tropfen 100 trennt und auflädt. Ein zweites Hochspannungsfeld oder Ablenkungsfeld 116 leitet die Tropfen 100 zu (i) einem gewünschten Abschnitt der Oberfläche 102 oder (ii) wie gewünscht in einen Tropfensammler 118.
Das System 110 umfasst ebenfalls einen Mikroprozessor (nicht gezeigt), der mit einem Speicher arbeitet, wie einem Arbeitsspeicher (RAM) oder einem Festwertspeicher (ROM), der ein oder mehrere Zündstreifen-bildende Muster speichert. Nach einem Befehl um beispielsweise (i) eines der Muster, (ii) eines der Muster mehrere Male oder (iii) zwei oder mehrere Muster in Abfolge auszuführen, ruft der Mikroprozessor das/die geeignete(n) eine oder mehreren Muster aus dem Speicher ab und führt die Muster aus. Daten, die die Muster ausmachen, beispielsweise Zeichendaten, werden zu einem Ladungstreiber (charge driver) 120 gesendet. Der Treiber 120 wandelt die Daten in positive oder negative Ladungen mit unterschiedlichen Werten um. Der Treiber 120 steht in Verbindung bzw. kommuniziert mit dem Ladungsfeld oder der Ladungselektrode 114, welche die gewünschte Ladung an die in der Ladungselektrode 114 gebildeten Tropfen 100 anlegt. Wenn sie sich nach dem Ablenkungsfeld 116 richtet, legt die bestimmte Ladung fest, ob der entsprechende Tropfen 100 auf einen bestimmten Teil der Oberfläche 102 abgelagert wird oder stattdessen zu dem Tropfensammler 118 gesendet wird.
In einer Ausführungsform kann das System 110 Tropfen 100 in einem Frequenzbereich von null Hertz (Hz) bis ein MHz erzeugen. Ein Treiber 104 und Wandler 106 lenken die Tropfen und steuern ihre Frequenz. Ebenfalls kann in einer Ausführungsform das System 90 Tropfen 100 in einem durchschnittlichen Durchmesserbereich von ungefähr 20 bis ungefähr 500 μm erzeugen. In einer Ausführungsform wird die Größe der Partikel durch die Größe des Strahls bestimmt, der aus der Düse 94 austritt, was wiederum durch die durch den Treiber 104 und Energiequelle 106 auf die Streifen-bildende Flüssigkeit in Kammer 98 der Düse 94 angelegte Energiemenge bestimmt wird.
System 110 ist ebenfalls vorteilhaft, weil die Streifen-bildenden Muster bzw. Streifenmuster, beispielsweise die nachstehend in Verbindung mit 10 bis 15 gezeigten, digital gebildet und gespeichert werden können, wobei computergestützte Design bzw. CAD-gezeichnete Muster hergestellt werden, die direkt über einen Mikroprozessor auf den Ladungstreiber 120 heruntergeladen werden können. Die gespeicherten Muster erzeugen ebenfalls sehr genaue und wiederholbare Muster von Zündstreifen 48 auf der Oberfläche 102 des Gehäuses 36. Die Flexibilität von CAD verbessert ebenfalls die Möglichkeit ein oder mehrere bestimmte Zündstreifenmuster für eine bestimmte Anwendung zuzuschneiden.
Eine geeignete Vorrichtung für System 90, 110 wird von MicroFab Technologies, Inc, Piano, TX bereitgestellt und unter dem Namen Jetlab^® vertrieben.
In 9 ist eine Ausführungsform der Bewegungssteuerungseinrichtung gezeigt, die mit den Systemen 90 und 110 verwendet werden kann, um die sich axial, radial und/oder diagonal erstreckenden Zündstreifen 48 und assoziierte Muster zu erzeugen. Zur Bezugnahme sind gewisse vorstehend in Verbindung mit 7 und 8 gezeigte und beschriebene Komponenten von System 90 und 110 in 9 wiederum gezeigt. Insbesondere ist die Energiequelle oder der Wandler 106 an einem Maschinenboden (mechanical ground) 124 befestigt gezeigt. Das Zündstreifen-bildende Material wird mittels Schwerkraft gespeist oder von einer Versorgung 92 durch eine Röhre 122 zum Wandler 106 gepumpt. Der Wandler oder die Energiequelle 106 kontaktiert und erwärmt das Streifenbildende Material oder führt anderweitig Energie zu, wie vorstehend beschrieben ist.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Düse 94 eine dünne Röhre, die sich beispielsweise horizontal erstreckt. Die Düse 94 definiert an ihrem distalen Ende eine Mündung 96 durch die Tropfen 100 hervortreten. In der gezeigten Ausführungsform treten die Tropfen 100 nach unten hervor, um die Schwerkraft zu nutzen. In einer alternativen Ausführungsform treten die Tropfen 100 seitlich, nach oben oder mit einem beliebigen anderen gewünschten Winkel relativ zu einer horizontalen Achse hervor. In einer noch weiteren alternativen Ausführungsform definiert die Düse 94 mehrere Mündungen bzw. Ausflussöffnungen 96 (die in Reihe liegend oder radial beabstandet positioniert bzw. lokalisiert sind), wodurch eine parallele Erzeugung von Tropfen 100 und Streifen 48 möglich ist.
Die Vorrichtung von 9 kann entweder mit dem System mit Anforderungsmodus 90 oder dem System mit kontinuierlichem Modus 110, wie gewünscht, verwendet werden. Zur Klarheit sind die Ladungselektrode 114 und die Hochspannungsablenkungsplatten 116 gezeigt. Derartige Vorrichtungen sind in der gezeigten Ausführungsform über einen Tropfensammler 118 mit einem Maschinenboden 124 gekoppelt. Die Ladungselektrode 114 und die Hochspannungsablenkungsplatten 116 können alternativ gekoppelt oder unabhängig an Ort und Stelle gehalten werden, falls es gewünscht ist. Es ist klar, dass in dem System mit Anforderungsmodus 90 die Ladungselektrode 114, die Hochspannungsablenkungsplatten 116 und der Tropfensammler 118 nicht verwendet werden.
Gehäuse 36 (das sich wiederum insgesamt auf Gehäuse 36, 56, 76A/76B bezieht) wird mittels eines Motor 130a gedreht, um die Länge von sich radial erstreckenden Zündstreifen 48 oder die Breite von sich axial erstreckenden Zündstreifen 48 zu erzeugen. Das Gehäuse 36 wird mittels eines Motors 130b translatiert, um die Länge von sich axial erstreckenden Zündstreifen 48 oder die Breite von sich radial erstreckenden Zündstreifen 48 zu erzeugen. Die Motoren 130a und 130b sind in einer Ausführungsform Stepper- bzw. Schrittmotoren oder Gleichstrommotoren vom Servo- bzw. Stelltyp (DC servo type motors), die sehr genau gesteuert werden können. Von den Motoren 130a bzw. 130b erstrecken sich Kabel 132a und 132b zu den Treibern (nicht gezeigt). Die Treiber empfangen wiederum gepulste oder an/aus-Spannungssignale, die über ein ausgeführtes Bewegungssteuerprogramm erzeugt werden, welches in einem Computerspeicher gespeichert ist. Die CAD-Automatisierung zur Herstellung von Tropfen 100 ist mit automatisierten Bewegungssteuerprogrammen für die Motoren 130a und 130b kombiniert, um ein insgesamt Computer gesteuertes, sehr genaues und wiederholbares Streifen-bildendes System 90 oder 110 zu ergeben.
Die Motoren 130a und 130b umfassen jeweils eine Ausgangswelle 134a bzw. 134b. Die Ausgangswelle 134a ist über Koppler bzw. Kopplungselement 136 mit einer Welle 138 einer Gehäuse-Haltevorrichtung 140 gekoppelt. In der gezeigten Ausführungsform ist der Koppler 136 flexibel, so dass eine geringe Fehlausrichtung zwischen der Ausgangswelle 134a und der Welle 138 der Gehäuse-Haltevorrichtung 140 möglich ist. Die flexible Beschaffenheit des Kopplers 136 hilft ebenfalls ein Spiel (backlash) zu verringern, was ein Positionsfehler ist, der mit hochpräzisen Steppermotoren oder Motoren vom Servo- bzw. Stelltyp assoziiert ist (ein ähnlicher Koppler 136 kann mit der Dreh- auf Translationsbewegungs-Kugelrollspindel oder Leitspindel verwendet werden, die mit dem Motor 130b verwendet wird, um ein Spiel zu verringern).
Die Gehäuse-Haltevorrichtung 140 ist konstruiert, um das Gehäuse 36 fest, aber abnehmbar bzw. wieder entnehmbar zu halten. In dem automatisierten System mit Hochdurchsatz 90, 110 wird das Gehäuse 36 leicht in die Haltevorrichtung 140 eingefügt und entnommen. In der gezeigten Ausführungsform wird ein Kolben bzw. Stempel 142 etwas innerhalb einer Durchgangsöffnung bzw. Öffnung (port) 144 der Haltevorrichtung 140 gehalten. Die Öffnung 144 ist an eine Röhre 146 angefügt. Die Röhre 146 ist an ihrem anderen Ende mit einer zweiten Durchgangsöffnung bzw. Öffnung 148 verbunden, die sich von einem Flansch bzw. Bund 150 der Haltevorrichtung 140 erstreckt. Eine Apertur bzw. ein Loch durch Öffnung 148 erstreckt sich durch die Rückseite des Flanschs 150. Die Rückseite des Flanschs 150 dichtet mittels O-Ringe 152a und 152b mit einem nicht-drehenden pneumatischen Luftsammler bzw. einer Sammelkammer (plenum) 154. Der Luftsammler 154 definiert oder umfasst eine Durchgangsöffnung bzw. Öffnung 156, die dichtend an eine Röhre 158 angefügt ist, die sich von einer positiven und negativen pneumatischen Quelle erstreckt. Der Luftsammler 158 ist, wie gezeigt, mit Block 160 fest verbunden und wird mit ihm translatiert. Der Motor 130a ist, wie gezeigt, gleichermaßen mit Block 160 befestigt und wird mit ihm translatiert.
In der gezeigten Ausführungsform wird, um das Gehäuse 36 abnehmbar in der Haltevorrichtung 140 zu fixieren, ein Überdruck von der Quelle angelegt, durch Röhre 158 und in den Luftsammler 154, was einen Ring aus unter Druck stehender Luft erzeugt. Dieser Ring aus unter Druck stehender Luft erstreckt sich ebenfalls durch die Öffnung 148 des Flansch 150 und in die Röhre 146, wobei der Stempel 142 gegen die äußere Oberfläche des Gehäuses 36 gedrückt wird, was das Gehäuse gegen die gegenüberliegende innere Wandung der Haltevorrichtung 140 zwingt. Es ist klar, dass obwohl zur Vereinfachung ein einzelner Stempel 142 gezeigt ist, mehrere Stempel bereitgestellt und um das Gehäuse beabstandet werden können (beispielsweise gleichmäßig bei 45°, 90° oder 180° zueinander, wie durch die Gesamtzahl der verwendeten Stempel 142, Öffnungen 144, 148 und Röhren 146 bestimmt wird).
Wird der Flansch 150 der Haltevorrichtung 149 um die horizontale Achse der Ausgangswelle 134a des Motors 130a gedreht, wird die Apertur oder Öffnung 148 in pneumatischer Verbindung mit der unter Druck stehenden Luft bzw. Druckluft in dem Luftsammler 154 durch eine kreisförmige Öffnung 160 gehalten, die durch die Oberfläche des Luftsammlers 154 definiert wird, die dem Flansch 150 zugewandt ist. Die O-Ringe 152a und 152b dichten gegen beide Seiten der kreisförmigen Öffnung 160 um die Über- und Unterdrücke intakt zu halten, die zu unterschiedlichen Zeiten in dem Luftsammler 154 aufrechterhalten werden.
Wenn die Zündstreifen-Bildung für ein bestimmtes Gehäuse 36 abgeschlossen ist, schaltet die pneumatische Quelle und evakuiert den Luftsammler 154 und das vorstehend beschriebene assoziierte pneumatische System, wobei der Stempel 142 (oder mehrere Stempel 142) von dem Gehäuse zurückgezogen wird/werden. Innerhalb der Röhre 146 kann ein Anschlag 162 bereitgestellt werden, so dass der Stempel 142 weg von, jedoch nahe des zylinderförmigen Halteabschnitts der Haltevorrichtung 140 gelagert wird. Mit dem vom Gehäuse 36 zurückgezogenen Stempel 142 kann das Gehäuse leicht von der Haltevorrichtung 140 mittels einer mechanischen und/oder pneumatischen Entfernungsvorrichtung (nicht gezeigt) entfernt bzw. entnommen werden. Der Luftsammler 154 und der zusammenpassende bzw. aneinanderpassende Flansch 150 der Haltevorrichtung 140 sollten klarerweise einen pneumatischen Schleifring bereitstellen, der einen konstanten Über- oder Unterdruck ermöglicht, der an den Stempel 142 angelegt wird, wenn der Stempel und die Haltevorrichtung 140 mittels des Motors 130a gedreht werden.
Wie vorstehend erläutert, ist der Motor 136a mit einem Gleitstück bzw. Gleitblock 160 gekoppelt. Das Gleitstück 160 gleitet mit einem Paar an Führungen 164 (eine gezeigt), die mit dem Maschinenboden 124 verbunden sind. Das Gleitstück 160 umfasst oder definiert eine Öffnung mit Gewinde, welche eine Gewindeachse 166 entgegennimmt. Die gewindete Welle bzw. die mit einem Gewinde versehene Welle oder Kugelrollspindel bzw. Kugelumlaufspindel (ball screw) 166 ist an einem Ende (beispielsweise mittels eines geeigneten Kopplers) an die Ausgangswelle 134b des Motors 130b gekoppelt. Der Motor 130b ist, wie gezeigt, ebenfalls an dem Maschinenboden 124 fixiert. Die mit einem Gewinde versehene Welle oder Kugelrollspindel 166 ist, wie gezeigt, an deren anderem Ende drehbar mit einem Lager (bearing) oder einem Stehlager (pillow block) 168 fixiert. Das Lager oder Stehlager 168 ist gleichermaßen an dem Maschinenboden 124 fixiert.
Läuft der Motor 130b, drehen sich die Ausgangswelle 134b und die mit einem Gewinde versehene Welle oder die Kugelrollspindel 166 im oder gegen den Uhrzeigersinn. Diese Drehung in Verbindung mit dem Gewindeeingriff zwischen der Welle 166 und der Gewindeöffnung des Blocks 160 bedingt, dass sich der Block 160 in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Motors 130b in Richtung oder weg von der Düse 94 translatiert wird bzw. einer Translation unterliegt. Die Umwandlung von einer Rotations- zu einer Translationsbewegung steuert die Translationsbewegung bzw. translatorische Bewegung der Haltevorrichtung 140, 36 gehalten in der Haltevorrichtung 140 sehr genau und wiederholbar in Bezug zur fixierten Düse 94 und zur Mündung 96 der Düse 94. Dieses translatorische Positionierungssystem wird verwendet, um Zündstreifen 48 mittels Tropfen 100 von Zündstreifen-bildendem Material, welches aus der Mündung 96 austritt, wiederholt und genau abzulagern, um (i) die Länge eines sich translatorisch oder axial erstreckenden Streifens 48 oder (ii) die Dicke eines sich radial erstreckenden Streifens 48 auf der Innenseite des Gehäuses 36 festzulegen.
Zur gleichen Zeit oder zu unterschiedlichen Zeiten steuert der sehr genaue und wiederholbare Motor 130a präzise die Drehbewegung und die Position der Haltevorrichtung 140 und des Gehäuses 36, welches mittels der vorstehend beschriebenen pneumatischen Vorrichtung wieder entnehmbar darin fixiert ist. Eine derartige sehr genaue und wiederholbare Drehbewegung und Positionierung des Gehäuses in Bezug auf die fixierte Düse 94 und die assoziierte Mündung 96 ermöglicht, dass Zündstreifen sehr genau, wiederholbar und radial in dem Gehäuse abgelagert werden, um (i) die Dicke eines sich axial oder translatorisch erstreckenden Streifens 48 oder (ii) die Länge eines sich radial erstreckenden Streifens 48 festzulegen.
Es ist ebenfalls klar, dass die in Verbindung mit 9 offenbarte Vorrichtung konfiguriert und programmiert sein kann, um die Motoren 130a und 130b gleichzeitig oder nacheinander zu drehen, um sich diagonal (axial und radial) erstreckende Streifen 48 zu dispensieren oder abzulagern. Die Bewegungssteuervorrichtung von 9 in Verbindung mit den Zündstreifen-bildenden Modus auf Anforderung oder dem kontinuierlichen Modus der Ablagerungssysteme 90 und 110, die vorstehend beschrieben wurden, stellen ein hoch flexibles, automatisiertes, wiederholbares und genaues System zum Ablagern von Zündstreifen 48 in einer Vielzahl von Muster und Richtungen auf der Innenseite des Gehäuses 36 bereit.
Es ist klar, dass, im Gegensatz zu einer reinen Bewegung des Gehäuses 36 in Bezug auf eine stationäre Düse 94, mindestens ein Abschnitt der Bewegungssteuerung alternativ die Düse 94 in Bezug auf das Gehäuse 36 bewegen kann. So können beispielsweise die Energiequelle 106 und die Düse 94 an einen translatierenden Block ähnlich zu Block 160 angebracht sein bzw. werden, welcher mittels der Kugelrollspindel-Anordnung in Bezug auf des Gehäuse 36 und die Haltevorrichtung 140 translatiert wird, welche zumindest translatorisch fixiert gehalten werden.
In den 10 bis 15 sind verschiedene Beispiele an Streifen-bildenden Muster bzw. Streifenmustern gezeigt, die mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung erzeugt werden. Es ist klar, dass die Muster der 10 bis 15 lediglich zur Erläuterung sind, als Beispiele dienen und den Umfang und Geist der hier angefügten Ansprüche in keinster Weise begrenzen. Jedes der Muster in den 10 bis 15 zeigt ein Gehäuse, wie das Gehäuse 36, wie wenn das Gehäuse entlang einer axialen Linie bei 0° oder 360° aufgeschnitten und in eine Ebene geöffnet wurde. 10 bis 15 zeigen insbesondere die innere Oberfläche des Gehäuses 36 in der Ebene. Es ist klar, dass, obwohl das Gehäuse 36 der Einfachheit halber gezeigt ist, die gleichen Muster oder ähnliche Muster auf die anderen, vorstehend erläuterten Gehäuse, wie Gehäuse 56 und Gehäuse 76a und 76b, aufgebracht werden können. Zur Einfachheit sind Gradmarkierungen von 0 bis 360° gezeigt.
Jedes der gezeigten Zündstreifen-bildenden Muster umfasst sich axial erstreckende Streifen. Das heißt, die Streifen erstrecken sich in Richtung der Elektroden (nicht gezeigt), die mit den oberen und unteren Rändern der Gehäuse 36 verbunden sind, wenn sie sich in ihrer umschlossenen zylinderförmigen oder anderen Form befinden. Es ist jedoch klar, dass, wie vorstehend erläutert, die Zündstreifen zusätzlich oder alternativ radial angeordnet oder diagonal angeordnet sind. Ferner ist klar, dass eine translatorische Bewegung und eine Drehbewegung erforderlich sind, ungeachtet ob (i) ein Streifen mit einer Breite größer als ein Tropfen 100 erzeugt werden soll und ob (ii) das Gehäuse für den nächsten Streifen lagenversetzt werden soll.
In 10 ist ein erstes Beispielmuster von Streifen 48a und 48b gezeigt. Die Streifen 48a sind End-Streifen, die sich zu den mit den Elektroden zusammenpassenden Enden des Gehäuses 36 erstrecken. Unter der Annahme eines zylinderförmigen Gehäuses 36 mit einem Innendurchmesser von 3,7 mm (Umfang C von ungefähr 11,6 mm) und einer Länge L von 5 mm, stellen die folgenden Abmessungen für die Streifen 48a und 48b eine relative Erfassung der Länge und Breite der Streifen 48 (sich zusammen bzw. insgesamt auf die Streifen 48a und 48b beziehend) in Bezug auf die Abmessungen C und L des Gehäuses 36 bereit. Wie erläutert dient ein derartiger relativer Vergleich lediglich als Beispiel und soll den Umfang und das Wesen der Ansprüche nicht beschränken.
In dem Beispiel von 10 weisen die Endstreifen 48a Gesamtabmessungen von 1,5 mm in der L-Richtung und 0,5 mm in der C-Richtung auf. In einer Ausführungsform wird ein Streifen 48a, der dem bloßen Auge als ein kontinuierlicher Streifen erscheint, durch Teilen der Gesamtabmessungen in Raster bzw. Gitter erzeugt. Die Länge von 1,5 mm kann hier beispielsweise in 15 Segmente mit jeweils 0,1 mm unterteilt werden. Die Umfangsabmessung von 0,5 mm kann in fünf gleiche Teilabschnitte von 0,1 mm unterteilt werden, wobei insgesamt ein 15 × 5-Rastermuster erzeugt wird, wobei jede Rasterposition zumindest im Wesentlichen ein 0,1 mm²-Quadrat ist. Jedes Quadrat wird mittels eines der vorstehend beschriebenen Systeme beispielsweise durch zehn Tropfen 100 aufgefüllt. Jeder Tropfen 100 kann beispielsweise einen Punkt in dessen assoziiertem Raster von ungefähr 60 μm Durchmesser erzeugen. Somit wird jedes 0,1 mm² Quadrat-Raster mit zehn Tropfenpunkten mit ungefähr 60 μm Durchmesser aufgefüllt. Natürlich sind diese Zahlen lediglich erläuternd und sollen den Umfang und das Wesen der Ansprüche nicht begrenzen.
In ähnlicher Weise weisen Mittelstreifen 48b eine Gesamtabmessung von 2 mm × 0,5 mm auf. Diese Fläche wird in ein 20 × 5-Raster unterteilt, wobei jede Rasterposition wiederum ein 0,1 mm²-Quadrat ist. Jede Rasterposition wird wiederum mit zehn Tropfen 100 gefüllt, wobei jeder einen Punkt auf der inneren Oberfläche des Gehäuses 36 in dem assoziierten Raster von ungefähr 61 μm im Durchmesser erzeugt.
Die Zündstreifen-Muster von 10 können für eine bestimmte Ableiteranwendung zugeschnitten werden. Das heißt, die Leistungsmerkmale für einen Ableiter mit sieben Endstreifen 48a gegenüber zwei Endstreifen 48a und fünf Mittelstreifen 48b kann etwas oder nennenswert unterschiedlich sein, wobei alle anderen Variablen konstant gehalten werden.
11 zeigt ein ähnliches Muster, wie vorstehend in Verbindung mit 10 erläutert. Hier sind stattdessen die beiden Endstreifen 48a dünner, beispielsweise mit einer Linie mit einer Gesamtabmessung von 1,5 mm × 0,1 mm bereitgestellt. Derartige Gesamtabmessungen werden beispielsweise in ein 15 × 1-Raster unterteilt, wobei jede Rasterposition ein 0,1 mm × 0,1 mm Quadrat ist, welches beispielsweise mit zehn Tropfen 100 gefüllt wird.
Die Mittelstreifen 48b der 11 weisen Gesamtabmessungen von beispielsweise 20 mm × 0,1 mm auf, welche in ein 20 × 1-Rastermuster unterteilt werden, wobei jede Rasterposition ein 0,1 mm × 0,1 mm Quadrat ist, welches beispielsweise mit zehn Tropfen 100 pro Rasterposition gefüllt wird. Die Leistungsmerkmale für einen Ableiter mit zwei dünnen Endstreifen 48a und fünf dünnen Mittelstreifen 48b (10) können etwas oder nennenswert unterschiedlich sein zu einem Ableiter mit zwei breiteren Endstreifen 48a und fünf breiteren Mittelstreifen 48b (11), wobei alle anderen Variablen konstant gehalten werden.
12 zeigt zwei Reihen von Streifen 48a bzw. 48b, die sich jeweils von dem Mittelabschnitt des Gehäuses 36 zu einer Kante des Gehäuses erstrecken. Diese Endstreifen sowie die vorstehend in Verbindung mit den 10 und 11 gezeigten Endstreifen 48a können mit den Elektroden, beispielsweise den vorstehend in Verbindung mit 4 gezeigten Elektroden 44 und 46, in elektrischer Verbindung stehen. In einem derartigen Fall erzeugen die beiden Reihen in 12 kleine Lücken zwischen den inneren Enden eines jeden Zündstreifenpaars. Jeder der Zündstreifen 48a und 48b weist Gesamtabmessungen von beispielsweise eines 2 mm × 0,5 mm Rechtecks auf, welches in fünfundzwanzig 0,1 mm × 0,1 mm Quadrate aufgeteilt wird, wobei jedes beispielsweise zehn Tropfen 100 des Streifenbildenden Material aufnimmt bzw. erhält.
In 13 ist das vorstehend in Verbindung mit 12 beschriebene Zündstreifenmuster wiederholt mit der Ausnahme, dass jeder Streifen 48a und 48b auf einen einzige Rasterposition mit einer Breite von 0,1 mm verkleinert ist. Dennoch können die Streifen 48a und 48b an ihren äußeren Kanten mit den an das Gehäuse 36 angefügten Elektroden in elektrischer Verbindung stehen. In den 12 und 13 ist jeder Streifen radial ungefähr 90° von dessen zweiten benachbarten Streifen lokalisiert bzw. positioniert. In den 10 and 11 ist das 90°-Muster an zwei Stellen durch die Endstreifen 48a durchbrochen. Es ist klar, dass ein radialer Lagenversatz der Streifen 48 sowie ein axialer Lagenversatz, Form und Größe der Streifen steuerbar variiert werden können, um die gewünschten elektrischen Merkmale bereitzustellen.
In den 14 und 15 ist ein anderer Typ eines Streifenmusters gezeigt. 14 zeigt alternierende Reihen der Streifen 48a und 48b, wobei jeder Streifen radial ungefähr 90° von dem nächsten Streifen positioniert ist. Jeder Streifen 48a und 48b ist oder umfasst einer Reihe von Streifen-bildenden Punkten. Jeder Punkt kann beispielsweise im Durchmesser 0,6 mm sein. Jeder Streifen 48a und 48b umfasst drei Punkte, die in einer 2,5 mm Linie platziert sind, wobei jeder Punkt fünfhundert Tropfen 100 umfasst. Die Punkte der Streifen 48a und 48b (und die Räume zwischen den Punkten) sind in einer Ausführungsform mit bloßen Auge wahrnehmbar.
In 15 erstrecken sich die vorstehend in Verbindung mit den Streifen 48a und 48b der 14 beschriebenen Punkte über eine Länge L des Gehäuses 36. Jeder Streifen 48 der 15 umfasst folglich fünf Punkte der vorstehend beschriebenen Abmessungen.
Aus den Beispielen in den 10 bis 15 ist klar, dass die beschriebene Vorrichtung einzigartig geformte, dimensionierte, orientierte und gemusterte Zündstreifen erzeugen kann, welche vordem mittels des traditionellen Streifen-bildenden Verfahrens durch einen Stift nicht verfügbar waren. Weiterhin können, wie vorstehend erklärt, diese Muster in einem Speicher gespeichert werden und nach Bedarf für einen bestimmten Ableiter abgerufen werden. Noch weiter können die vorstehend beschriebenen Systeme Streifen erzeugen, die eine kräftigere Dicke aufweisen, beispielsweise mittels eines Aufbringens mehrerer Tropfen auf den gleichen Abschnitt des Gehäuses.
In den 16 und 17 sind Zündstreifen, die mittels einer Streifenbildung durch Stift (16) und mittels Aufstrahlen (17) erzeugt sind, gegenübergestellt. Insbesondere erzeugt der aufgestrahlte Streifen eine Form, die in Bezug auf die gewünschte Form des Streifens genauer ist und damit wiederholbarer ist als Stift-Streifen. Der aufgestrahlte Streifen ist ebenfalls kontinuierlicher und einheitlicher, während der Stift-Streifen poröser und anfällig für Unterbrechungen entlang des Stift-Streifens ist. Es wurde ebenfalls beobachtet, dass die Stift-Streifen dazu neigen flockig zu sein und eine relativ dünnere Dicke aufweisen, was zu einer geringen Leistung führt. Ferner besteht die Möglichkeit, dass sich ein Abschnitt des flockigen Zündstreifens aus dem Streifen löst und mit dem Füllmaterial (admissive material) in Kontakt tritt, was die Leistung weiter behindert.
Die Beabstandung oder der Lagenversatz bzw. die Lagegenauigkeit zwischen Stift-Streifen ist ebenfalls weniger steuerbar und deshalb weniger genau und wiederholbar als die Beabstandung, die durch das vorstehend beschriebene Aufstrahlen und die Bewegungssteuervorrichtung erzielt wird. Folglich gehen die Anmelder davon aus, dass das Aufstrahlverfahren nicht nur Verfahrensvorteile aufweist, es führt zu verbesserten Zündstreifen 48.
Es ist klar, dass dem Fachmann verschiedenartige Veränderungen und Modifikationen der hier beschriebenen gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich sind. Derartige Veränderungen und Modifikationen können durchgeführt werden ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen und ohne deren beabsichtigte Vorteile zu verringern. Deshalb sollen derartige Veränderungen und Modifikationen durch die angefügten Ansprüche abgedeckt sein.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein gasgefüllter Überspannungsableiter schließt mindestens zwei Elektroden, eine Gasfüllung und eine auf mindestens eine Elektrode aufgebrachte aktivierende Verbindung ein. Die aktivierende Verbindung kann beinhalten: (i) Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, (ii) Kalium- oder Natriumsilikat in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 40 Gew.-%, (iii) Titanpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, (iv) Calcium-Titanoxid in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% und (v) Natriumbromid in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%. Ein Zündstreifenherstellungsverfahren und daraus resultierende Zündstreifen aus dem Aufspritzen von Streifenmaterial sind offenbart.

Claims

Überspannungsableiter umfassend: mindestens zwei Elektroden; ein eingeschlossenes Gas; und eine aktivierende Verbindung, die auf mindestens eine der Elektroden aufgebracht ist, wobei die aktivierende Verbindung umfasst, Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, Kalium- oder Natriumsilikat in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, Titanpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, Natriumcarbonat in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-%, und Cäsiumchlorid in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%.
Überspannungsableiter nach Anspruch 1, worin die Elektroden an mindestens ein isolierendes Gehäuse angefügt sind, wobei das Gehäuse mindestens ein Merkmal aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) das eingeschlossene Gas zu beherbergen; (ii) aus Keramik, Glas oder Kunststoff zu bestehen; (iii) mindestens einen Zündstreifen zu tragen; (iv) mindestens im Wesentlichen zylinderförmig zu sein; und (v) an beiden Seiten einer inneren Elektrode angeordnet zu sein.
Überspannungsableiter nach Anspruch 1, worin die Elektrode, auf die die Verbindung aufgebracht ist, mindestens ein Merkmal umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Vertiefungen zu umfassen, in welche die Verbindung aufgebracht wird; (ii) die Verbindung an eine Seite der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iii) die Verbindung an mehrere Seiten der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iv) derart gebildet zu sein, dass ein Abschnitt der Elektrode nahe zu einer anderen der Elektroden beabstandet ist; und (v) aus Kupfer, Nickel, Nickel-Eisen, einer beliebigen Kombination davon, einer beliebigen geschichteten Kombination davon und einer beliebigen plattierten Kombination davon zu bestehen.
Überspannungsableiter nach Anspruch 1, worin das eingeschlossene Gas aus mindestens einem Typ besteht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) einem inerten Gas, (ii) einem reaktiven Gas, (iii) einem unter Druck stehenden Gas, (iv) einem Gas bei vermindertem Druck, (v) einem Gemisch aus Gasen, (vi) Wasserstoff, (vii) Silan, (viii) Stickstoff, (viii) Argon, (ix) Neon, (x) Krypton, (xii) Kohlendioxid, und (xiii) Helium.
Überspannungsableiter nach Anspruch 1, welcher mindestens einen Zündstreifen umfasst, der auf eine innere Oberfläche des Gehäuses aufgestrahlt ist, wobei der mindestens eine Streifen mindestens ein Merkmal aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) aus mindestens einem Nicht-Graphit-Material zu bestehen; (ii) aus einem Muster an Punkten zu bestehen; und (iii) mehrere Streifen zu umfassen, die mindestens entweder axial oder radial auf der inneren Oberfläche des Gehäuses verteilt sind.
Überspannungsableiter umfassend: mindestens zwei Elektroden; ein eingeschlossenes Gas; und eine aktivierende Verbindung, die an mindestens eine der Elektroden aufgebracht ist, wobei die aktivierende Verbindung umfasst Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, Kalium- oder Natriumsilikat in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, Titanpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, Natriumcarbonat in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-%, und Natriumbromid in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%.
Überspannungsableiter nach Anspruch 6, worin die Elektroden an mindestens ein isolierendes Gehäuse angefügt sind, wobei das Gehäuse mindestens ein Merkmal aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) das eingeschlossene Gas zu beherbergen; (ii) aus Keramik, Glas oder Kunststoff zu bestehen; (iii) mindestens einen Zündstreifen zu tragen; (iv) mindestens im Wesentlichen zylinderförmig zu sein; und (v) an beiden Seiten einer inneren Elektrode angeordnet zu sein.
Überspannungsableiter nach Anspruch 6, worin die Elektrode an welche die Verbindung aufgebracht ist mindestens ein Merkmal umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Vertiefungen zu umfassen, in welche die Verbindung aufgebracht wird; (ii) die Verbindung an eine Seite der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iii) die Verbindung an mehrere Seiten der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iv) derart gebildet zu sein, dass ein Abschnitt der Elektrode nahe zu einer anderen der Elektroden beabstandet ist; und (v) aus Kupfer, Nickel, Nickel-Eisen, einer beliebigen Kombination davon, einer beliebigen geschichteten Kombination davon und einer beliebigen plattierten Kombination davon zu bestehen.
Überspannungsableiter nach Anspruch 6, worin das eingeschlossene Gas aus mindestens einem Typ besteht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) einem inerten Gas, (ii) einem reaktiven Gas, (iii) einem Druckgas, (iv) einem evakuierten Gas, (v) einem Gemisch aus Gasen, (vi) Wasserstoff, (vii) Silan, (viii) Stickstoff, (viii) Argon, (ix) Neon, (x) Krypton, (xii) Kohlendioxid, und (xiii) Helium.
Überspannungsableiter nach Anspruch 6, welcher mindestens einen Zündstreifen umfasst, der auf eine innere Oberfläche des Gehäuses aufgestrahlt ist, wobei der mindestens eine Streifen mindestens ein Merkmal aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) aus mindestens einem Nicht-Graphit-Material zu bestehen; (ii) aus einem Muster an Punkten zu bestehen; und (iii) mehrere Streifen zu umfassen, die mindestens entweder axial oder radial auf der inneren Oberfläche des Gehäuses verteilt sind.
Überspannungsableiter umfassend: mindestens zwei Elektroden; ein eingeschlossenes Gas; und eine aktivierende Verbindung, die an mindestens eine der Elektroden aufgebracht ist, wobei die aktivierende Verbindung umfasst Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, Kaliumsilikat in einer Menge von ungefähr 30 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, Natriumbromid in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, und Calcium-Titan-Oxid in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-%.
Überspannungsableiter nach Anspruch 11, worin die Elektroden an mindestens ein isolierendes Gehäuse angefügt sind, wobei das Gehäuse mindestens ein Merkmal aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) das eingeschlossene Gas zu beherbergen; (ii) aus Keramik, Glas oder Kunststoff zu bestehen; (iii) mindestens einen Zündstreifen zu tragen; (iv) mindestens im Wesentlichen zylinderförmig zu sein; und (v) an beiden Seiten einer inneren Elektrode angeordnet zu sein.
Überspannungsableiter nach Anspruch 11, worin die Elektrode an welche die Verbindung aufgebracht ist mindestens ein Merkmal umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Vertiefungen zu umfassen, in welche die Verbindung aufgebracht wird; (ii) die Verbindung an eine Seite der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iii) die Verbindung an mehrere Seiten der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iv) derart gebildet zu sein, dass ein Abschnitt der Elektrode nahe zu einer anderen der Elektroden beabstandet ist; und (v) aus Kupfer, Nickel, Nickel-Eisen, einer beliebigen Kombination davon, einer beliebigen geschichteten Kombination davon und einer beliebigen plattierten Kombination davon zu bestehen.
Überspannungsableiter nach Anspruch 11, worin die Gasfüllung aus mindestens einem Typ besteht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) einem inerten Gas, (ii) einem reaktiven Gas, (iii) einem Gas bei Überdruck, (iv) einem Gas bei vermindertem Druck, (v) einem Gemisch aus Gasen, (vi) Wasserstoff, (vii) Silan, (viii) Stickstoff, (viii) Argon, (ix) Neon, (x) Krypton, (xii) Kohlendioxid, und (xiii) Helium.
Überspannungsableiter nach Anspruch 11, welcher mindestens einen Zündstreifen umfasst, der auf eine innere Oberfläche des Gehäuses aufgestrahlt ist, wobei der mindestens eine Streifen mindestens ein Merkmal aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) aus mindestens einem Nicht-Graphit-Material zu bestehen; (ii) aus einem Muster an Punkten zu bestehen; und (iii) mehrere Streifen zu umfassen, wobei mindestens einer axial und radial auf der inneren Oberfläche des Gehäuses verteilt ist.
Überspannungsableiter umfassend: mindestens zwei Elektroden; ein eingeschlossenes Gas; und eine aktivierende Verbindung, die an mindestens eine der Elektroden aufgebracht ist, wobei die aktivierende Verbindung umfasst Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, Kalium- oder Natriumsilikat in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, Titanpulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-%, Calcium-Titan-Oxid in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-%, und Natriumbromid in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%.
Überspannungsableiter nach Anspruch 16, worin die Elektroden an mindestens ein isolierendes Gehäuse angefügt sind, wobei das Gehäuse mindestens ein Merkmal aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) das eingeschlossene Gas zu beherbergen; (ii) aus Keramik, Glas oder Kunststoff zu bestehen; (iii) mindestens einen Zündstreifen zu tragen; (iv) mindestens im Wesentlichen zylinderförmig zu sein; und (v) an beiden Seiten einer inneren Elektrode angeordnet zu sein.
Überspannungsableiter nach Anspruch 16, worin die Elektrode an welche die Verbindung aufgebracht ist mindestens ein Merkmal umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Vertiefungen zu umfassen, in welche die Verbindung aufgebracht wird; (ii) die Verbindung an eine Seite der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iii) die Verbindung an mehrere Seiten der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iv) derart gebildet zu sein, dass ein Abschnitt der Elektrode nahe zu einer anderen der Elektroden beabstandet ist; und (v) aus Kupfer, Nickel, Nickel-Eisen, einer beliebigen Kombination davon, einer beliebigen geschichteten Kombination davon und einer beliebigen plattierten Kombination davon zu bestehen.
Überspannungsableiter nach Anspruch 16, worin die Gasfüllung aus mindestens einem Typ besteht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: worin das eingeschlossene Gas aus mindestens einem Typ besteht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) einem inerten Gas, (ii) einem reaktiven Gas, (iii) einem Druckgas, (iv) einem evakuierten Gas, (v) einem Gemisch aus Gasen, (vi) Wasserstoff, (vii) Silan, (viii) Stickstoff, (viii) Argon, (ix) Neon, (x) Krypton, (xii) Kohlendioxid, und (xiii) Helium.
Überspannungsableiter nach Anspruch 16, welcher mindestens einen Zündstreifen umfasst, der auf eine innere Oberfläche des Gehäuses aufgestrahlt ist, wobei der mindestens eine Streifen mindestens ein Merkmal aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) aus mindestens einem Nicht-Graphit-Material zu bestehen; (ii) aus einem Muster an Punkten zu bestehen; und (iii) mehrere Streifen zu umfassen, wobei mindestens einer axial und radial auf der inneren Oberfläche des Gehäuses verteilt ist.
Überspannungsableiter umfassend: mindestens zwei Elektroden; ein eingeschlossenes Gas; und eine aktivierende Verbindung, die an mindestens eine der Elektroden aufgebracht ist, wobei die aktivierende Verbindung umfasst Nickelpulver in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 35 Gew.-%, Kaliummetasilikat in einer Menge von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%, Aluminium-Silizium-Pulver in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%, Natriumcarbonat in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%, und Cäsiumchlorid in einer Menge von ungefähr 25 Gew.-% bis ungefähr 45 Gew.-%.
Überspannungsableiter nach Anspruch 21, worin die Elektroden an mindestens ein isolierendes Gehäuse angefügt sind, wobei das Gehäuse mindestens ein Merkmal aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) das eingeschlossene Gas zu beherbergen; (ii) aus Keramik, Glas oder Kunststoff zu bestehen; (iii) mindestens einen Zündstreifen zu tragen; (iv) mindestens im Wesentlichen zylinderförmig zu sein; und (v) an beiden Seiten einer inneren Elektrode angeordnet zu sein.
Überspannungsableiter nach Anspruch 21, worin die Elektrode an welche die Verbindung aufgebracht ist mindestens ein Merkmal umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Vertiefungen zu umfassen, in welche die Verbindung aufgebracht wird; (ii) die Verbindung an eine Seite der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iii) die Verbindung an mehrere Seiten der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iv) derart gebildet zu sein, dass ein Abschnitt der Elektrode nahe zu einer anderen der Elektroden beabstandet ist; und (v) aus Kupfer, Nickel, Nickel-Eisen, einer beliebigen Kombination davon, einer beliebigen geschichteten Kombination davon und einer beliebigen plattierten Kombination davon zu bestehen.
Überspannungsableiter nach Anspruch 21, worin das eingeschlossene Gas aus mindestens einem Typ besteht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) einem inerten Gas, (ii) einem reaktiven Gas, (iii) einem unter Druck stehendem Gas, (iv) einem Gas bei vermindertem Druck, (v) einem Gemisch aus Gasen, (vi) Wasserstoff, (vii) Silan, (viii) Stickstoff, (viii) Argon, (ix) Neon, (x) Krypton, (xii) Kohlendioxid, und (xiii) Helium.
Überspannungsableiter nach Anspruch 21, welcher mindestens einen Zündstreifen umfasst, der auf eine innere Oberfläche des Gehäuses aufgestrahlt ist, wobei der mindestens eine Streifen mindestens ein Merkmal aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) aus mindestens einem Nicht-Graphit-Material zu bestehen; (ii) aus einem Muster an Punkten zu bestehen; und (iii) mehrere Streifen zu umfassen, die mindestens axial oder radial auf der inneren Oberfläche des Gehäuses verteilt sind.
Überspannungsableiter hergestellt durch ein Verfahren, welches die Schritte umfasst: Bereitstellen eines isolierenden Gehäuses; Aufstrahlen von mindestens einer Zündablagerung auf eine Innenseite des Gehäuses, wobei die Ablagerung mindestens ein Nicht-Graphit-Material umfasst; und Umschließen des Gehäuses mit mindestens einer Elektrode, wobei die Elektrode eine aufgebrachte aktivierende Verbindung aufweist.
Überspannungsableiter nach Anspruch 26, worin das isolierende Gehäuse mindestens ein Merkmal aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) eine Gasfüllung zu beherbergen; (ii) aus Keramik, Glas oder Kunststoff zu bestehen; (iii) mindestens im Wesentlichen zylinderförmig zu sein; und (iv) um eine inner Elektrode angeordnet zu sein.
Überspannungsableiter nach Anspruch 26, worin die Elektrode an welche die Verbindung aufgebracht ist mindestens ein Merkmal umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Vertiefungen zu umfassen, in welche die Verbindung aufgebracht wird; (ii) die Verbindung an eine Seite der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iii) die Verbindung an mehrere Seiten der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iv) derart gebildet zu sein, dass ein Abschnitt der Elektrode nahe zu einer anderen der Elektroden beabstandet ist; und (v) aus Kupfer, Nickel, Nickel-Eisen, einer beliebigen Kombination davon, einer beliebigen geschichteten Kombination davon und einer beliebigen plattierten Kombination davon zu bestehen.
Überspannungsableiter nach Anspruch 26, welcher mindestens einen zusätzlichen Schritt umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Anfügen von Teilabschnitten des Gehäuses an beide Seiten einer inneren Elektrode; (ii) ein Gas in dem Gehäuse unter Druck zu setzen; und (iii) das Gehäuse zu evakuieren.
Überspannungsableiter nach Anspruch 26, worin die Ablagerung aus mindestens einem Material besteht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Graphit; (ii) Kupferpulver, welches in einem flüssigen Vehikel und Bindemittel dispergiert ist; (iii) Schichtwiderstand-Element-Tinte; und (iv) leitende Film-Tinten, die zum Erhöhen der Resistivität verdünnt sind.
Überspannungsableiter nach Anspruch 26, worin ein Aufstrahlen der mindestens einen Ablagerung mindestens eines umfasst von: (i) Erwärmen des Materials; (ii) Anlegen einer Spannung an das Material; (iii) dem Material Energie zuführen; (iv) Fließen des Materials durch eine Öffnung; (v) Ablenken des Materials; (iv) Dispensieren von Tropfen des Materials zum Erzeugen eines gewünschten Musters der Tropfen auf dem isolierenden Gehäuse; und (vii) Auffangen von Tropfen in einem Reservoir, die kein Teil der Ablagerung sein sollen.
Überspannungsableiter nach Anspruch 26, welcher mindestens einen weiteren Schritt umfasst von: (i) Drehen des Gehäuses und (ii) Versetzen des Gehäuses während die Ablagerung auf das Gehäuse aufgestrahlt wird.
Überspannungsableiter nach Anspruch 26, worin die aktivierende Verbindung mindestens ein Material umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Nickelpulver, Kaliumsilikat, Natriumsilikat, Titanpulver, Natriumcarbonat, Cäsiumchlorid, Natriumbromid, Lithiumbromid, Calcium-Titan-Oxid, Kaliummetasilikat, Aluminium-Silikon-Pulver und Calcium-Titan-Oxid.
Überspannungsableiter hergestellt durch ein Verfahren, welches die Schritte umfasst von: Bereitstellen eines isolierenden Gehäuses; Aufstrahlen von mindestens einer Zündablagerung auf eine Innenseite des Gehäuses, wobei die Ablagerung ein Muster von Tropfen umfasst; und Umschließen des Gehäuses mit mindestens einer Elektrode, wobei die Elektrode eine aufgebrachte aktivierende Verbindung aufweist.
Überspannungsableiter nach Anspruch 34, worin das isolierende Gehäuse mindestens ein Merkmal aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) eine Gasfüllung zu beherbergen; (ii) aus Keramik, Glas oder Kunststoff zu bestehen; (iii) mindestens im Wesentlichen zylinderförmig zu sein; und (iv) um eine inner Elektrode angeordnet zu sein.
Überspannungsableiter nach Anspruch 34, worin die Elektrode an welche die Verbindung aufgebracht ist mindestens ein Merkmal umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Vertiefungen zu umfassen, in welche die Verbindung aufgebracht wird; (ii) die Verbindung an eine Seite der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iii) die Verbindung an mehrere Seiten der Elektrode aufgebracht aufzuweisen; (iv) derart gebildet zu sein, dass ein Abschnitt der Elektrode nahe zu einer anderen der Elektroden beabstandet ist; und (v) aus Kupfer, Nickel, Nickel-Eisen, einer beliebigen Kombination davon, einer beliebigen geschichteten Kombination davon und einer beliebigen plattierten Kombination davon zu bestehen.
Überspannungsableiter nach Anspruch 34, welcher mindestens einen zusätzlichen Schritt umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Anfügen von Teilabschnitten des Gehäuses an beide Seiten einer inneren Elektrode; (ii) ein Gas in dem Gehäuse unter Druck zu setzen; und (iii) das Gehäuse zu evakuieren.
Überspannungsableiter nach Anspruch 34, worin die Ablagerung aus mindestens einem Material besteht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: (i) Graphit; (ii) Kupferpulver, welches in einem flüssigen Vehikel und Bindemittel dispergiert ist; (iii) Schichtwiderstand-Element-Tinte; und (iv) leitende Film-Tinten, die zum Erhöhen der Resistivität verdünnt sind.
Überspannungsableiter nach Anspruch 34, worin ein Aufstrahlen der mindestens einen Ablagerung mindestens eines umfasst von: (i) Erwärmen des Materials; (ii) Anlegen einer Spannung an das Material; (iii) dem Material Energie zuführen; (iv) Fließen des Materials durch eine Öffnung; (v) Ablenken des Materials; (vi) Auffangen von Tropfen in einem Reservoir, die kein Teil der Ablagerung sein sollen; (vii) Verwenden einer auf einem Computer-lesbaren Medium gespeicherten Tropfenmustersequenz zum Erzeugen des Musters; und (viii) Teilen des Musters in Rasterpositionen und Aufstrahlen einer Anzahl an Tropfen in jede Rasterposition des Musters.
Überspannungsableiter nach Anspruch 34, welcher mindestens einen weiteren Schritt umfasst von: (i) Drehen des Gehäuses und (ii) Translatieren des Gehäuses während die Ablagerung auf das Gehäuse aufgestrahlt wird.
Überspannungsableiter nach Anspruch 34, welcher ein Aufstrahlen mehrerer Ablagerungen umfasst, wobei jede ein gewünschtes Muster an Tropfen umfasst, wobei die Ablagerungen voneinander beabstandet sind, um ein gewünschtes Muster der Ablagerungen zu erzeugen.
Überspannungsableiter nach Anspruch 41, worin das Gehäuse zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ist, worin das gewünschte Muster an Ablagerungen mindestens eines umfasst von: (i) eine gewünschte axiale Beabstandung und (ii) eine gewünschte radiale Beabstandung.
Überspannungsableiter nach Anspruch 34, worin die Ablagerung mindestens eines ist von: (i) zumindest im Allgemeinen kontinuierlich aufgrund einer nahen Beabstandung der Tropfen; (ii) zumindest im Allgemeinen rechteckig; (iii) als eine Linie gebildet; (iv) sich axial entlang des Gehäuses erstreckend, welches zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ist; und (v) gebildet aus mehreren erkennbaren und getrennten Formen.
Überspannungsableiter hergestellt durch ein Verfahren, welches die Schritte umfasst von: Bereitstellen eines isolierenden Gehäuses; Aufstrahlen von mindestens einer Zündablagerung auf eine Innenseite des Gehäuses, wobei die Ablagerung ein Muster von Punkten umfasst, wobei die Punkte jeweils mehrere Tropfen umfassen; und Umschließen des Gehäuses mit mindestens einer Elektrode, wobei die Elektrode eine aufgebrachte aktivierende Verbindung aufweist.
Überspannungsableiter nach Anspruch 44, worin die Punkte mindestens eines sind von: (i) mit bloßem Auge erkennbar; (ii) zumindest im Allgemeinen rund; und (iii) sich axial entlang des Gehäuses erstreckend, welches zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ist.