Funkenstrecke

Eine Funkenstrecke ist der Entladungsraum zwischen zwei Leitern (Elektroden) in dem sich ein Gas (zum Beispiel Luft) befindet. Steigt die Spannung zwischen den beiden Elektroden auf die Überschlagspannung an, so führt das entstehende elektrische Feld zu einer Ionisation des im Entladungsraum befindlichen Gases, dieses wird leitfähig und die Strecke wird aufgrund der Stoßionisation innerhalb von Bruchteilen einer Mikrosekunde durch einen Funken (kurz)geschlossen.

Funkenstrecken können durch ionisierende Strahlung (Ultraviolettstrahlung, Röntgenstrahlung, Gammastrahlung, geladene Teilchen) getriggert bzw. ausgelöst werden.

Die Überschlagspannung einer Funkenstrecke sinkt durch ionisierende Strahlung und Feuchtigkeit ab. Auch eine spitze Form der Elektroden senkt die Überschlagspannung - es kommt zu lokal erhöhter Feldstärke und Vorentladungen.

Eine Ausprägung der Funkenstrecke ist die Löschfunkenstrecke, hierbei wird durch Unterteilungen und einen Schwingkreis erreicht, dass der Funke schnell nach dem Entstehen wieder verlischt (siehe Löschfunkensender).

Funkenlöschkammern an Schaltkontakten sorgen dafür, dass Schaltfunken schnell verlöschen, somit entsteht an den Elektroden weniger Kontaktabbrand (Verschleiß), und das Problem der Kühlung wird kleiner. Fließt weiter ein großer Strom durch eine Funkenstrecke, entwickelt sich der Funkenüberschlag zu einem Lichtbogen.

Anwendungen

Triggerbare Schaltfunkenstrecke:
1 - Hauptelektrode
2 - Hilfselektrode
3 - Isolator
H - Hilfsimpulsquelle

Bei der Zündkerze im Ottomotor wird ein Funke zur Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs verwendet.

Der Knallfunkensender von Marconi geht auf Versuche von Heinrich Hertz zurück und verwendete eine Funkenstrecke zur Erzeugung von Funkwellen. Der in dieser Anordnung entstehende Funke gab der Funkübertragung auch den Namen. Später entwickelte man den (inzwischen ebenfalls veralteten) Löschfunkensender, der höhere Folgefrequenzen der Funken erlaubte. Auch im Tesla-Transformator arbeitet im Primärkreis oft eine sogenannte Schaltfunkenstrecke.

Stickstofflaser und weitere Geräte verwenden ebenfalls Schaltfunkenstrecken zur Erzeugung hochenergetischer, sehr kurzer Strom- und Spannungsimpulse. Marx-Generatoren benötigen zur Funktion Funkenstrecken und ggf. auch eine Trigger- bzw. Schaltfunkenstrecke. Funkenkammern registrieren den Durchflug von Elementarteilchen (z. B. Myonen) – es entstehen Funken entlang dem Flugweg der Teilchen. Bei der funkenerosiven Materialbearbeitung wird mit Hilfe einer sehr kurzen Funkenstrecke in einer Flüssigkeit Metall mit hoher Genauigkeit abgetragen.

Hochspannungsisolator mit Hörnern

Funkenstrecken dienten früher als einfacher und sehr grober Überspannungsableiter im Bereich der Isolatoren von Freileitungen. Diese Funkenstrecken sind in Form von Hörnern an den Enden des Isolators ausgebildet und sind nicht mit den ähnlich aussehenden Koronaringen zu verwechseln. Die Hörner dienen dazu im Fall eines Überschlages den sehr heißen Lichtbogen von dem Isolator entfernt zu halten und so Schäden am Isolator zu vermeiden.

Da allerdings der offene Lichtbogen zwischen den Hörnern zu einer nicht kontrollierbaren Ionisierung der Luft in der Umgebung führt, welche durch Wind und thermische Luftströmungen verfrachtet wird, und aufgrund der in elektrischen Energienetzen auftretenden hohen Momentanleistungen können diese leistungsstarken Entladungen zu zusätzlichen Überschlägen an benachbarten Freileitungsteilen mit Folgefehlern führen. Zum Schutz vor Überspannung bei Freileitungen werden daher statt der offenen Hörner vermehrt gekapselte Überspannungsableiter, bestehend aus Varistoren oder Gasableitern, mit besser definierten Zündverhalten und Ableitvermögen eingesetzt.

Auch an Isolatoren bei selbststrahlender Sendemasten finden Funkenstrecken als Überspannungsschutz Anwendung. Diese Überspannung treten insbesondere in Folge von atmosphärischen Aufladungen - wie bei heranziehenden Gewittern - auf. Die dabei auftreten Lichtbogenleistungen sind allerdings gering, so dass es durch den Lichtbogen zu keiner wesentliche Beschädigung an den Funkenstrecken kommt.

Die größten Funkenstrecken ergeben sich bei Gewittern zwischen zwei Wolken oder zwischen einer Wolke und der Erde, die dabei entstehenden Funken sind die wohlbekannten Blitze.

Eine besondere geometrische Form einer Funkenstrecke stellt die Jakobsleiter dar.

Weblinks

• Video eines im Labor nachgestellten Überschlags an einer Hochspannungsisolatorkette.