Funkenstreckeneinr iehtung. Es werden für verschiedene Zwecke, zum Beispiel zum Umformen von Spannungen, Funkenstreckeneinrichtungen verwendet, die jedoch bisher noch nicht für grössere Strom stärken ausgeführt werden konnten, weil sie den hohen Temperaturen des Lichtbogens nicht gewachsen waren, und weil ein regel mässiges und zuverlässiges Löschen des Licht bogens bisher nicht möglich war.
Auch die einmalige Löschung von Lichtbögen mit Funkenstreckeneinrichtungen in Schaltern ist noch nicht in einer praktisch befriedigenden Weise gelungen. Bei den bisher bekannten Einrichtungen ist die Löschsicherheit noch nicht genügend gut, und es wird zu viel Druckluft benötigt.
Gemäss der Erfindung werden nun die bisher bestehenden Schwierigkeiten in der Weise behoben, dass die Funkenstrecke in einer Druckgaskammer eingebaut und an bei den Elektroden düsenförmige Öffnungen vor gesehen sind, von denen wenigstens eine für den Gasaustritt dient. Die Erfindung ist in den Zeichnungen in mehreren Ausführungsbeispielen veranschau licht.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung zwei Funkenstreckeneinrichtun- gen, bei denen die Druckgaskammern 9 bezw. 21 aus Isolierstoff bestehen. In den Kam mern sind die Elektroden 1. 2 bezw. 13, 14 befestigt.
Bei der Funkenstreckeneinrichtung der Fig. 1, die für Umformungseinrichtungen oder für Schalter bestimmt sein kann, wird die Druckluft bei 4 zugeführt und strömt durch die zwischen der Isolierplatte 3 und der zylindrischen Elektrode 1 bestehenden düsenförmigen Öffnung in den Hohlraum 5 ein. Im Hohlraum 5 wird dadurch ein Über druck erzeugt. Infolge dieses Überdruckes strömt das Gas durch die zentrale Öffnung der Plattenelektrode 2 ins Freie. 11 stellt den Leitungsanschluss an der Platte 2 dar.
Wird zwischen 1 und 2 durch eine hohe Spannung ein Überschlag eingeleitet, so- er- folgt dieser zwischen dem Punkt 6 und der Plattenelektrode. Durch die Luftströmung, die am Punkt 6 besonders stark ist, wird der Lichtbogen nach .dem ebenen Teil der Elek trode 1, also nach 7 hingetrieben. An der Elektrode 2 treibt die Luft den Lichtbogen nach der Öffnung hin. Der Lichtbogenfuss- punkt wird dann durch die düsenförmige Ge stalt dieser Öffnung sehr rasch von 8 hin nach 10 getrieben.
Geht -der Lichtbogen strom nun durch Null, so reisst der Licht bogen ab, denn die für eine erneute Zündung in Frage kommenden Elektrodengebiete 6 und 8 haben den Lichtbogen nur sehr kurze Zeit geführt; sind inzwischen durch den Luftstrom abgekühlt, und in ihrer Nähe be finden sich keine freien Elektrizitätsteilchen mehr. In entsprechender Weise geht die Licht bogenlöschung bei der Einrichtung nach Fig. 2 vor sich. Die Zuführung der Luft er folgt hier bei 12 und -das Ausströmen durch die beiden- als Düsen ausgebildeten Elektro den 18 und 14.
Die Zündung des Licht bogens, die beispielsweise mit Hilfe einer Zündeinrichtung vorgenommen werden kann, die eine hochfrequente Schwingung erzeugt, erfolgt zwischen zwei einander nahe gegen überstehenden Punkten der Elektroden. Der Lichtbogen wandert sofort nach der Zündung infolge der Luftströmung von dem Zünd- punkt nach dem weiten Düsenausgang, also zum Beispiel von Punkt 1 "5 nach dem Punkt 16 der Elektrode 14. Durch das doppel seitige Abblasen wird hier der Lichtbogen ganz besonders stark verlängert und reisst mit Sicherheit beim Nulldurchgang des Stro mes ab.
Die Elektroden werden durch Me tallplatten 17 getragen. Die Elektroden kön nen in den Platten 17 verstellt werden. Im Bedarfsfalle ist auch eine periodische Bewe gung der Elektroden möglich. Der Mantel 21 muss so ausgebildet sein, dass der Über schlag über ihn hinweg erst bei einem Viel fachen der Betriebsspannung eintritt. An dem Punkt 20 kann der Anschluss der Zu leitungen erfolgen. Auch die Einrichtung nach Fig. 2 kann zum Beispiel in Schaltern, Überspannungsschutzgeräten usw., mit gro ssem Vorteil verwendet werden.
Die Gestalt und die Luftführung an den Düsen ist derart, dass zur Erzielung einer möglichst gleichmässigen Erwärmung der Lichtbogen alle Punkte des Umfanges mög lichst gleichmässig berührt. Diese gleich mässige Berührung .des Umfanges kann durch eine schraubenförmige Luftbewegung er reicht werden. Die Luftbewegung wird man nur so stark machen, als es zur Kühlung und Lichtbogenlöschung nötig ist, da sonst die Verluste unnötig vergrössert werden. Es kann von Vorteil sein, den Luftdruck je nach der Belastung einzustellen, um die Verluste bei jeder Belastung möglichst klein zu machen und an Pressluft zu sparen.
Wie be reits oben erwähnt, sind für .die Zündung der Lichtbögen besondere, eine hochfrequente Schwingung erzeugende Zündeinrichtungen vorhanden. Beim Auftreten von Kurz schlüssen kann man diese Zündeinrichtungen von Hand oder selbsttätig abschalten, so dass der gurzschlussstrom nach dem Löschen des Lichtbogens nicht erneut entstehen kann. Treten starke Überströme auf, so kann man den Druck mit Hilfe eines in der Nähe der Düse aufgestellten Druckluftkessels mit hohem Druck, dessen Zuleitung zur Düse bei hohem Lichtbogenstrom selbsttätig geöffnet wird, plötzlich erhöhen und dadurch den Lichtbogen löschen.
Auch die Abschaltung der Zündeinrichtungen kann durch ein Relais betätigt werden, das vom Überstrom beein flusst wird.
Ist die Einrichtung für eine Umformungs einrichtung bestimmt, können in =die Luft zufuhr- oder in die Austrittsöffnungen für ,die Luft Drosselorgane eingebaut werden, die die Druckluft steuern. Die Steuerung wird am günstigsten so erfolgen, dass wäh rend der Zündung des Lichtbogens ein ge ringer Druck herrscht, um die Zündspannung zu erniedrigen, da.ss während des Brennens des Lichtbogens eine mittlere Luftgeschwin digkeit herrscht, ,die den Lichtbogen in der nötigen Geschwindigkeit durch die Düsen hinausbläst, um einen Elektrodenabbrand zu verhindern, dass im Augenblick .des Löschens die grösste Geschwindigkeit der Luft er reicht wird,
und dass während der höchsten Spannungsbca.nspruchung der Druck in der Kammer zur Verhinderung der Rückzün- ciungen am höchsten ist.
Zur Erniedrigung der Zündspannung und Erhöhung der\ Rüekschla,gspannung kann .den Elektroden eine stark ungleiche Form gegeben werden, zum Beispiel derart, dass die während der Zündung positive Elektrode stark gekrümmt ist, während -die in der Zeit der Rückzündungsgefahr posi tive Elektrode grosse Krümmungsradien auf weist. In Fig. 1 haben die Elektroden 1 und derartige stark verschiedene Krümmungs- radien.
Bei der Einrichtung der Fig. 2 ist eine Kühleinrichtung für die Elektroden vorhan den. Durch die Rohre 18 kann eine Kühl flüssigkeit zugeleitet und durch die Rohre 7.9 wieder abgeleitet werden. Die Anordnung rnuss aber hierbei so getroffen werden, dass durch die Zuleitungen der Kühlflüssigkeiten nur geringe Ströme zur Erde fliessen kön nen. Gute Kühlung und geringer El.ektro- denabbrand können ferner durch die Wahl eines geeigneten Druckgases erreicht wer den.
Wenn als Druckgas ein wertvolles Gas benutzt werden soll, so empfiehlt es sich, das Gas nach seiner Verwendung wieder rückzukühlen und dann der Kammer wieder. zuzuführen. Die Elektroden müssen ferner. insbesondere an den Stellen, die dem Licht bogen ausgesetzt sind, aus einem Metall mit grosser Wärmeleitfähigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit ausgeführt werden.
Eine intensive Kühlung kann ferner da durch erreicht werden, dass das Druckgas in der Kammer stark expandiert und dadurch unterkühlt wird. 14Ian kann auch einen ge- Attigten Dampf in der Druckkammer expan dieren lassen, um dadurch zugleich die be kannte lichtbogenlöschende Wirkung eines expandierenden gesättigten Dampfes auszu nutzen. Für eine Umformungseinrichtung für grosse Leistungen wird vorteilhaft der Elektrodenabstand möglichst klein gehal- ten. Dadurch wird erreicht, dass die im Lichtbogen entstehende Wärme auf ein Minimum gebracht wird.
Die Lichtbogen spannung ist bekanntlich -der Länge des Lichtbogens proportional. Wenn nun der Lichtbogen schon während des eigentlichen Stromdurchganges stark in die Länge ge zogen wird (durch Luftströmung, magne tische Felder oder Elektrodenbewegung), so wird dadurch -die Lichtbogenspannung und die ihr proportionale Lichtbogenleistung stark vergrössert, und die Abführung .der entstehenden Wärme wird .sehr schwierig.
Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit kleinem Elektrodenabstand. 26 und 28 sind -die beiden Elektroden, zwischen denen der Lichtbogen brennen soll. Die Einleitung des Lichtbogens, die beispielsweise durch eine hochfrequente Schwingung vorgenom men werden kann, erfolgt zum Beispiel an der Stelle 31. 22 und 23 sind Räume, in denen Gasüberdruck herrscht. Das Gas strömt .durch die Öffnungen 24 und 25 in den Lichtbogenraum 32 hinein. Die Strö mungsgeschwindigkeit ist in dem Gebiet 31 gering, so dass der Lichtbogen - verhältnis mässig langsam nach den beiden Öffnungen 33 und 34 der Elektroden hingetrieben wird.
Die Luftgeschwindigkeit wird so eingestellt; da,ss der Lichtbogen kurz vor dem Null clurchgang des Stromes an diese beiden Öff nungen herankommt. In diesen Öffnungen herrscht eine sehr grosse Luftgeschwindig keit, und der Lichtbogen wird dadurch ganz plötzlich sehr stark verlängert und aus gelöscht. Die Wärme des Lichtbogens er hitzt die in dem Raum 32 befindliche Luft und erhöht dadurch die Luftgeschwindigkeit in .den Austrittsöffnungen.
Die Wanderungsgeschwindigkeit -des Lichtbogens hängt einmal von der Luft g-eschwindigkeit im Raum und an den Elek troden, zum andern aber auch von cler ,Stromstärke ab. Diese Stromstärke ändert sich während des Betriebes mit der Be lastung.
Ferner muss -die Dauer, während der der Lichtbogen brennt, je nach dem Be- triebszusta.nd und je nach der Frequenz ver- schieden gross sein. Es muss daher bei einer Änderung .des Betriebszustandes oder der Frequenz der Zündzeitpunkt in den ein zelnen Phasen einer Mehrphasenumformungs- einrichtung verstellt und damit ,die Licht bogendauer geändert werden.
Den Zündzeit- punkt kann man durch eine Veränderung .der Luftdrücke und Luftgeschwindigkeiten verstellen. Luftdruck und Luftgeschwindig keit müssen somit entsprechend den Be- triebszustandsänderungen geändert werden können. Bei der Einrichtung .der Fig. 3 sind die Drücke in,den Räumen 22, 23 durch ,die Gaszufuhr 27 und 29, die.
Drücke in den Räumen 30, 32 durch Änderung des Aus- trittsquerschnittes an den Punkten 35 und 36, und der Düsenquerschnitte an,den Punk ten 24 und 25 verstellbar. Alle diese Ver änderungen können im. Bedarfsfalle auch während des Betriebes vorgenommen wer den.
Die beiden Elektroden können verschie dene Luftströmung und- Abmessungen be sitzen, da die Wanderung der Liehtbogen- fusspunkte, sowie der Elektrodenabbrand und die Erwärmung bei Anode und Kathode ver schieden sind.
Wenn die Lichtbogenspannung während ,des Betriebes völlig zum Verschwinden ge bracht werden soll, .so kann :das beispiels weise mit einer Einrichtung nach Fig. 4 mit einer bewegten Elektrode erfolgen. Hier ist über die düsenförmige Elektrode 37 eine verschiebbare ringförmige Elektrode 38 ge schoben, die durch Vorbewegung des Stem pels 39 über die Elektrode 40 hingeschoben werden kann. Dadurch werden die beiden Elektroden 37 und 40 leitend miteinander verbunden.
Der Stempel 39 muss rechtzeitig vor dem Nulldurchgang des Stromes wieder zurückgezogen werden, so dass dann, wie bei der Düse nach Fig.3, die Löschung des Lichtbogens erfolgen kann. Eine solche Ein richtung ist für Umformer für niedrige Fre quenzen und für Schalter geeignet.
Die Wanderung von Lichtbögen kann auch durch magnetische Felder .erreicht wer den. Solche Felder sind bereits bei verschie- denen Funkenstreckeneinrichtungen benutzt worden. In diesen Fällen waren die Magnete in einer Achse senkrecht zur Elektroden achse aufgestellt, um den Lichtbogen zu verlängern. und auszublasen. Eine solche An ordnung ist im vorliegenden Falle deshalb nur sehr schwer ausführbar, weil bei den hier in Frage kommenden sehr hohen Span nungen der Abstand der Magnetwicklung von .den Elektroden sehr gross gemacht wer den müsste, um Überschläge zu vermeiden.
Diesem Übelstande kann dadurch abgeholfen werden, dass die Magnetwicklung in die Elektroden eingebaut, und dass die Wick lung dasselbe Potential erhält, wie die Elek troden selbst. Dadurch kann man die Magnet wicklung .sehr nahe an den Lichtbogen her anbringen und starke Magnetfelder, wie sie zur-Erzeugung. einer genügend hohen Licht bogengeschwindigkeit nötig sind, erzeugen.
Die Fig. 5 zeigt als Beispiel eine solche Anordnung. Die Spule 41 ist in die Elek trode 42 so eingebaut, dass ein Überschlag von der Elektrode 43 nach dieser Spule hin nicht erfolgen kann. Die Spule 41 erzeugt ein magnetisches Feld, das den Lichtbogen zum Umlauf auf den Elektroden bringt. Will man gleichzeitig ein Hereinwandern des Lichtbogens nach der düsenförmigen Öff nung 44 erreichen, so kann man das bei spielsweise durch Eisenstücke erreichen, die gemäss Fig.6 angeordnet sind. Die Fig.6 stellt eine Ansicht der Spüle 41 von der Elektrode 43 aus gesehen dar. Die Elektrode 42 ist dabei entfernt.
Die Stäbe 45, deren Form aus Fig. 5 zu ersehen ist, sind schräg gestellt, um den in Fig. 6 angedeuteten Feld verlauf zu erzielen. (Die Feldlinien sind in Fig. 6 gestrichelt dargestellt.) Da. die Licbt- bogenwanderung senkrecht zu den Feldlinien erfolgt, gelangt bei richtiger Feldrichtung der Lichtbogen zur Öffnung der Düse.
Zur Speisung der felderzeugenden Wick lung kann der Liehtbogenstrom verwendet werden. Zur Veränderung dieses Stromes kann der Feldwicklung ein unter Spannung veränderlicher Widerstand parallel geschaltet werden. Es ist anderseits möglich, die Feld wicklung durch isoliert aufgestellte Akku mulatoren, Maschinen oder durch Isolier transformatoren zu speisen.
Die Kühlung bei der in Fig. 5 dar gestellten Einrichtung erfolgt dadurch, dass in dem Zwischenraum 46 zwischen den bei den Elektrodenwandungen eine Kühlflüssig keit strömt. Es ist anderseits auch möglich, die Magnetwicklungen in die Kühlflüssigkeiten einzubetten. Die stromführenden Leiter müs sen dann mit einer feuchtigkeitsunempfind lichen Isolation umgeben sein. Zur Erzeu- bung eines gleichmässigen Elektrodenabbra.n- des kann es neben der Bewegung des Licht bogens durch die Magnete notwendig sein, die Elektroden oder die Magnete um ihre Achse zu drehen.
Dadurch wird -dem Lichtbogen- fusspunkt leicht eine sehr grosse relative Ge schwindigkeit verliehen.
An Stelle der Spule 41 in Fig.5 kann man auch einen nichtleitenden, unmagnetischen Ring benutzen, der mit einer Wicklung ver sehen ist. Das dadurch entstehende magne tische Feld treibt dann den Lichtbogen un mittelbar geradlinig von dem Elektrodenrand nach der Düsenöffnung hin. Bei einer gleich zeitigen Elektrodenbewegung oder Elektro- denrota.tion wird trotzdem die erforderliche Liehtbogengeschwindigkeit erreicht.