-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blitzschutz-Funkenstrecke mit zueinander divergierenden Elektroden gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1, wie aus der
EP 0 793 318 A1 bekannt.
-
Obwohl auf beliebige Blitzschutz-Funkenstrecken mit zueinander divergierenden Elektroden anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrunde liegende Problematik im Hinblick auf Blitzschutz-Funkenstrecken mit zueinander divergierenden Elektroden erläutert, welche eine Löschkammer mit einer Mehrzahl von Löschblechen aufweisen.
-
Stand der Technik
-
Die
DE 10 2011 051 738 A1 offenbart eine Blitzschutz-Funkenstrecke mit zueinander divergierenden Elektroden, wobei der Abstand der gegenüberliegenden Elektrodenflächen im Zündbereich eng gehalten ist und sich im Laufbereich aufweitet. Die Impulsstrombelastung begrenzt sich daher im Wesentlichen auf den Zündbereich, während die Netzfolgeströme im Laufbereich die zueinander divergierenden Elektroden entlanglaufen und der Netzfolgestrom-Lichtbogen in einer Löschkammer aufgeteilt und gelöscht wird.
-
Die
DE 10 2005 015 401 A1 offenbart eine Blitzschutz-Funkenstrecke mit zwei zueinander divergierenden Elektroden und einer zwischen den Elektroden wirkenden Funkenstrecke, einem Gehäuse sowie einer am Elektrodenfußpunkt wirksamen Gleithilfe für den Lichtbogen und Mitteln zur magnetischen Beblasung des Lichtbogens, wobei die Beweglichkeit des Lichtbogens unmittelbar nach dessen Zündung durch ine Kombination von Maßnahmen zur Verstärkung des lichtbogenbedingten Eigenmagnetfelds und einer gestaffelten Gaszirkulation des gekapselt ausgeführten Ableiters erhöht wird.
-
Allgemein werden unterschiedliche leitfähige Reinmaterialien zur Bildung der zueinander divergierenden Elektroden verwendet, z.B. Edelstahl oder Kupfer.
-
Von Laufschienen in Schaltgeräten ist der Einsatz von leitfähigen Materialien mit Schichtaufbau mit unterschiedlichen Leitfähigkeiten bekannt. Durch relativ dünne Laufschienen und einen gezielten Schichtaufbau unter Ausnutzung unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeiten wird die Stromdichte in den Laufschienen, insbesondere im Bereich des Lichtbogenfußpunktes, erhöht.
-
Dies erzeugt eine Erhöhung der Kräfte durch das Eigenmagnetfeld auf den Lichtbogen, wodurch eine höhere Beweglichkeit und ein schnelleres Einlaufen des Lichtbogens in die Löscheinrichtungen bewirkt werden kann.
-
Dieser Effekt wird bei homogenen Materialien auch durch partielle Verjüngungen der Dicke der Laufschienen bewirkt. Dies wird auch bei Blitzschutz-Funkenstrecken mit Wolfram-Kupferelektroden ausgenutzt, wie z.B. aus der
DE 44 35 968 A1 bekannt.
-
Bei Hochleistungs-Funkenstrecken kann die Dicke der Elektroden oder die Tiefe der Einschnitte aufgrund der hohen Impulsstrombelastung und auch der damit verbundenen elektromagnetischen Kräfte nicht beliebig reduziert werden.
-
Insbesondere an den Einschnitten, die eine Inhomogenität der Struktur bedeuten, kann es zu einem „Verharren“ des Lichtbogenfußpunktes und damit zu einer in diesem Fall unerwünschten thermischen Überlastung kommen. Damit bringt diese konstruktive Gestaltungsvariante der Elektroden nicht den gewünschten Effekt.
-
Nachteilig bei dem Einsatz von geschichteten Elektroden, insbesondere in Funkenstrecken, ist jedoch, dass die Auftriebskräfte quadratisch mit der Stromhöhe steigen und somit sehr hohe Stromkräfte bei Impulsströmen auf den Lichtbogen einwirken.
-
Bei kompakten Geräten hätte dies zur Konsequenz, dass der Lichtbogen dann zu schnell in die Lichtbogenkammer einläuft und der hohe Leistungsumsatz des Lichtbogens das Umfeld zerstört, so dass sich die Verstärkung der Stromkräfte durch die Schichtung der Laufschienen bei Impulsbelastungen eher negativ auswirkt.
-
Zusammenfassend lassen sich die Betriebsphasen derartiger Funkenstrecken folgendermaßen zusammenfassen.
-
In der Impulsstromphase ist darauf zu achten, dass der Leistungsumsatz im Lichtbogen möglichst klein bleibt, was bedingt durch den eingeprägten Strom des Impulsvorganges nur über eine möglichst kleine Lichtbogenspannung zu erreichen ist. Eine möglichst kleine Lichtbogenspannung ist insbesondere über eine möglichst kleine Lichtbogenlänge im Zündbereich erzielbar.
-
In diesem Zündbereich sollte der Lichtbogen während der Impulsstromphase verharren. Würde der Lichtbogen bereits während der Impulsphase in die Lichtbogenlöschlammer laufen, käme es zu einer thermischen Überlastung bzw. Zerstörung der Funkenstrecke.
-
Während der Netzfolgestromphase ist der aus dem Niederspannungsnetz gespeiste Netzfolgestrom zu begrenzen und abzuschalten. Dies lässt sich über eine möglichst hohe Lichtbogenspannung erreichen, welche als Gegenspannung zur Netzspannung wirkt.
-
Um eine möglichst hohe Lichtbogenspannung zu erreichen, sollte der Lichtbogen also nach Ende der Impulsstromphase möglichst schnell in die Lichtbogenlöschkammer laufen.
-
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Blitzschutz-Funkenstrecke mit zueinander divergierenden Elektroden zu schaffen, welche eine verbesserte Wärmeableitung und eine höhere Beweglichkeit des Lichtbogens aufweist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung schafft eine Blitzschutz-Funkenstrecke nach Anspruch 1.
-
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
-
Vorteile der Erfindung
-
Der Kern der Erfindung ist der Einsatz von mindestens einer Elektrode mit einem Schichtaufbau unterschiedlicher leitfähiger Schichten, wobei die leitfähigen Schichten aus Materialien mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit (vorzugsweise Faktor > 4 oder > 10) bestehen und die leitfähige Schicht mit höherer elektrischer Leitfähigkeit zumindest im Laufbereich der Elektrode vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist auf der zugehörigen Außenseite der ersten und/oder zweiten Elektrode die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial zumindest bereichsweise aufgebracht.
-
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Laufgeschwindigkeit des Lichtbogens an zueinander divergierenden Elektroden bei Netzfolgestrom erhöhen und bei hohen Impulsstrombelastungen die auf den Lichtbogen wirkenden Kräfte reduzieren, um damit ein „Verharren“ im Zündbereich zu erzeugen. Dieses „Verharren“ geht einher mit einer kleinen Bogenspannung (kleine Bogensäule) und einem geringen Leistungsumsatz und einer Druckerzeugung. Dies schont die verwendeten Materialien und die gesamte Baugruppe.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Laufbereich der ersten und zweiten Elektrode die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial zumindest bereichsweise aufgebracht.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Zündbereich einer der ersten und zweiten Elektrode die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial zumindest bereichsweise aufgebracht.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Zündbereich der ersten und zweiten Elektrode die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial zumindest bereichsweise aufgebracht.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erste Elektrode einen ersten elektrischen Anschlussbereich mit einer damit verbundenen ersten Anschlussklemme und die zweite Elektrode einen zweiten elektrischen Anschlussbereich mit einer damit verbundenen zweiten Anschlussklemme auf.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf der zugehörigen Innenseite vom ersten und/oder zweiten Anschlussbereich die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial zumindest bereichsweise aufgebracht. Dies verbessert die Wärmeableitung für den Impulsstrom.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Zündbereich der ersten und/oder zweiten Elektrode das Grundmaterial zumindest bereichsweise freigelegt.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf der ersten Außenseite die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial ganzflächig aufgebracht und auf der ersten Innenseite das Grundmaterial ganzflächig freigelegt, wobei auf der zweiten Innenseite die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial ganzflächig aufgebracht ist und auf der zweiten Außenseite das Grundmaterial ganzflächig freigelegt ist. So lässt sich das Eigenmagnetfeld des Lichtbogens an der ersten Elektrode derart beeinflussen, dass die Laufgeschwindigkeit des Lichtbogens auch dort erhöht ist.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die erste Elektrode als Langhornelektrode und die zweite Elektrode als Hakenelektrode ausgebildet. So lässt sich das Betriebsverhalten auch durch die Konturen der Elektroden im gewünschten Sinne beeinflussen.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest im Laufbereich einer der ersten und zweiten Elektrode die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial zumindest bereichsweise ganzflächig aufgebracht, wobei im Zündbereich der einen der ersten und zweiten Elektrode die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial zumindest bereichsweise ganzflächig aufgebracht ist, und wobei ein ganzflächiger Bereich der leitfähigen Schicht im Laufbereich und ein ganzflächiger Bereich der leitfähigen Schicht im Zündbereich durch einen Bereich getrennt sind, in dem das Grundmaterial ganzflächig freigelegt ist.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest im Laufbereich einer der ersten und zweiten Elektrode die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial zumindest bereichsweise längsstreifenförmig mit geringerer Breite als einer Breite der Innenseite aufgebracht, wobei im Zündbereich der einen der ersten und zweiten Elektrode die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial zumindest bereichsweise längsstreifenförmig mit geringerer Breite als einer Breite der Innenseite aufgebracht ist, und wobei ein längsstreifenförmiger Bereich der leitfähigen Schicht im Laufbereich und ein längsstreifenförmiger Bereich der leitfähigen Schicht im Zündbereich durch einen Bereich getrennt sind, in dem das Grundmaterial ganzflächig freigelegt ist.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest im Laufbereich einer der ersten und zweiten Elektrode die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial längsstreifenförmig mit geringerer Breite als einer Breite der Innenseite aufgebracht, wobei im Zündbereich der einen der ersten und zweiten Elektrode die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial längsstreifenförmig mit geringerer Breite als einer Breite der Innenseite aufgebracht ist, und wobei ein längsstreifenförmiger Bereich der leitfähigen Schicht im Laufbereich und ein längsstreifenförmiger Bereich der leitfähigen Schicht im Zündbereich miteinander verbunden sind.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest im Laufbereich einer der ersten und zweiten Elektrode die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial längsstreifenförmig mit geringerer Breite als einer Breite der Innenseite aufgebracht, wobei im Zündbereich der einen der ersten und zweiten Elektrode die leitfähige Schicht aus dem leitfähigen Material auf dem Grundmaterial längsstreifenförmig mit geringerer Breite als einer Breite der Innenseite aufgebracht ist, wobei ein erster längsstreifenförmiger Bereich der leitfähigen Schicht im Laufbereich und ein zweiter längsstreifenförmiger Bereich der leitfähigen Schicht im Zündbereich miteinander verbunden sind, wobei ein dritter längsstreifenförmiger Bereich der leitfähigen Schicht im Laufbereich und ein vierter längsstreifenförmiger Bereich der leitfähigen Schicht im Zündbereich miteinander verbunden sind, und wobei zwischen dem ersten und zweiten längsstreifenförmigen Bereich einerseits und dem dritten und und vierten längsstreifenförmigen Bereich andererseits das Grundmaterial freigelegt ist.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zweite elektrische Leitfähigkeit um einen Faktor größer gleich 4, insbesondere um einen Faktor größer gleich 10, höher als die erste elektrische Leitfähigkeit.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Grundmaterial Edelstahl und/oder die leitfähige Schicht Kupfer oder Silber.
-
Figurenliste
-
Es zeigen:
- 1 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer beispielhaften Blitzschutz-Funkenstrecke;
- 2 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer weiteren beispielhaften Blitzschutz-Funkenstrecke;
- 3 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer weiteren beispielhaften Blitzschutz-Funkenstrecke;
- 4 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer weiteren beispielhaften Blitzschutz-Funkenstrecke;
- 5 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Blitzschutz-Funkenstrecke gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 6a),b) eine schematische ausschnittsweise Draufsicht auf die erste bzw. zweite Elektrode zur Erläuterung weiterer beispielhafter Blitzschutz-Funkenstrecken;
- 7a),b) eine schematische ausschnittsweise Draufsicht auf die erste bzw. zweite Elektrode zur Erläuterung weiterer beispielhafter Blitzschutz-Funkenstrecken; und
- 8 eine ausschnittsweise schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Blitzschutz-Funkenstrecke gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer beispielhaften Blitzschutz-Funkenstrecke.
-
Die Blitzschutz-Funkenstrecke weist eine erste Elektrode 3a auf, welche eine erste Außenseite Aa und eine erste Innenseite Ia aufweist. Weiterhin weist die Blitzschutz-Funkenstrecke eine zweite Elektrode 3b auf, welche eine zweite Außenseite Ab und eine zweite Innenseite Ib aufweist. Die erste Elektrode (3a) und die zweite Elektrode (3b) divergieren zueinander.
-
Die erste und zweite Elektrode 3a, 3b sind aus einem Grundmaterial gebildet, welches eine erste elektrische Leitfähigkeit aufweist. Beim vorliegenden Beispiel ist das Grundmaterial Edelstahl und weist eine elektrische Leitfähigkeit zwischen 1,4 MS/m und 9 MS/m auf, bevorzugt 1,4 MS/m.
-
Zwischen der ersten Innenseite Ia der ersten Elektrode 3a und der zweiten Innenseite der zweiten Elektrode 3b sind ein Zündbereich Z und ein sich daran anschließender Laufbereich L für einen Lichtbogen gebildet. Im Zündbereich Z sind die erste Elektrode 3a und die zweite Elektrode 3b eng beabstandet, wohingegen sich der Abstand im Laufbereich L kontinuierlich aufweitet.
-
Bei einem Blitzeinschlag wird die Blitzenergie im Wesentlichen durch einen Impulsstrom im Zündbereich Z umgesetzt, wohingegen sich im Laufbereich L ein von einem Netzfolgestrom getriebener Netzfolgestrom-Lichtbogen in Richtung einer Lichtbogenlöschkammer 4 ausbreitet, wobei die Lichtbogenlöschkammer 4 von Lichtbogenleitblechen 5a, 5b lateral umgeben ist.
-
Im Laufbereich L der ersten und zweiten Elektrode 3a, 3b ist eine leitfähige Schicht 6a, 6b aus einem leitfähigen Material mit einer zweiten elektrischen Leitfähigkeit auf dem Grundmaterial ganzflächig aufgebracht. Dieses leitfähige Material ist im vorliegenden Beispiel Kupfer, welches eine elektrische Leitfähigkeit von 56 MS/m aufweist, sodass die elektrische Leitfähigkeit des aufgebrachten leitfähigen Materials um etwa einen Faktor 6 größer als die Leitfähigkeit des Grundmaterials ist.
-
Zum Anschluss an ein elektrisches System, beispielsweise ein elektrisches System mit einer ersten und zweiten Stromschiene eines Versorgungsnetzes, weist die erste Elektrode 3a einen ersten elektrischen Anschlussbereich A1 mit einer damit verbundenen ersten Anschlussklemme 1a auf und weist die zweite Elektrode 3b einen zweiten elektrischen Anschlussbereich A2 mit einer damit verbundenen zweiten Anschlussklemme 1b auf.
-
Bei einem Blitzeinschlag, bei dem der hohe Impulsstrom im Zündbereich Z fließt, ist die Beweglichkeit des Lichtbogen-Fußpunktes durch das Grundmaterial Edelstahl im Zündbereich der ersten und zweiten Elektrode 3a, 3b reduziert. Durch die Beschichtung mit dem leitfähigen Material Kupfer ist die Beweglichkeit des Lichtbogens im Laufbereich L erhöht, sodass der Netzfolgestrom-Lichtbogen schnell in die Lichtbogenlöschkammer 4 einlaufen kann.
-
Somit erniedrigt sich die für die Löschung des Lichtbogens benötigte Zeitdauer erheblich.
-
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer weiteren beispielhaften Blitzschutz-Funkenstrecke.
-
Bei dem zweiten Beispiel ist im Gegensatz zum oben beschriebenen ersten Beispiel die Schicht aus dem leitfähigen Material Kupfer auch ganzflächig im Zündbereich Z der ersten Elektrode 3a vorgesehen und geht kontinuierlich in den Laufbereich L über. Hingegen ist das Grundmaterial Stahl im Zündbereich Z der zweiten Elektrode 3b freigelegt.
-
Durch diese Ausgestaltung kann der Energieumsatz im Zündbereich Z gesteigert werden. Allerdings sollte die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Schicht 6a aus Kupfer derart abgestimmt werden, dass bei Impulsströmen einer gewissen Höhe (Energie, Ladung), bei denen der Lichtbogen nicht in die Lichtbogenlöschkammer 4 einlaufen soll, die leitfähige Schicht aus Kupfer adiabatisch überlastet und zumindest teilweise zerstört wird, wodurch die Stromdichte durch die Verteilung in einer geometrisch deutlich stärkeren Schicht so stark reduziert wird, dass bekannte Maßnahmen zur Vermeidung des Laufens von Impulslichtbögen ausreichend sind und trotzdem eine beschleunigte Bewegung bei einem Netzfolgestrom ausnutzbar ist.
-
Beispielsweise wird eine Kupferschicht von 200 µm Dicke auf einer Edelstahlschicht mit 1,5 mm Dicke bei einer Belastung von 25 kA innerhalb von ca. 400 µs zerstört.
-
Durch entsprechende Variation der Schichtdicke der leitfähigen Schicht 6a aus Kupfer kann die Belastung auf unterschiedliche Werte von Impulsströmen eingestellt werden.
-
Bei normalen Impulsströmen trägt die teilweise Beschichtung des Zündbereichs Z mit der leitfähigen Schicht aus Kupfer zudem zur weiter verbesserten Wärmeableitung bei.
-
Ansonsten entspricht das zweite Beispiel dem ersten Beispiel.
-
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer weiteren beispielhaften Blitzschutz-Funkenstrecke.
-
Bei dem dritten Beispiel ist im Unterschied zum zweiten Beispiel die leitfähige Schicht 6a aus Kupfer auch auf der Innenseite Ia der ersten Elektrode 3a im ersten Anschlussbereich A1 aufgebracht und im thermischen Kontakt mit der ersten Anschlussklemme 1a.
-
Weiterhin ist die leitfähige Schicht aus Kupfer 6b auf der Innenseite Ib der zweiten Elektrode 3b auch im zweiten Anschlussbereich A2 aufgebracht und steht im thermischen Kontakt mit der zweiten Anschlussklemme 1b.
-
Wie bei dem zweiten Beispiel ist auch bei dem dritten Beispiel das Grundmaterial Stahl im Zündbereich der zweiten Elektrode 3b freigelegt.
-
Die derartige Kupferbeschichtung des ersten und zweiten Anschlussbereichs A1, A2 ermöglicht eine erheblich verbesserte Wärmeabfuhr bei Blitzeinschlag, was zum Schutz eines typischerweise umgebenden Polymergehäuses beiträgt.
-
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer weiteren beispielhaften Blitzschutz-Funkenstrecke.
-
Das vierte Beispiel unterscheidet sich von dem dritten Beispiel dadurch, dass die leitfähige Schicht aus Kupfer 6a nur in einem Teilbereich des Zündbereiches Z der ersten Elektrode 3a vorgesehen ist und die leitfähige Schicht 6b aus Kupfer auch in einem entsprechenden Teilbereich des Zündbereichs Z der zweiten Elektrode 3b.
-
Wie bereits im Zusammenhang mit dem zweiten Beispiel erwähnt, kann durch eine entsprechende Schichtdicke der leitfähigen Schicht aus Kupfer erreicht werden, dass die leitfähige Schicht aus Kupfer bei zu hohen Impulsströmen adiabatisch überlastet und teilweise zerstört wird, sodass der Impulsstrom im Zündbereich verharrt.
-
5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Blitzschutz-Funkenstrecke gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Bei der ersten Ausführungsform ist die leitfähige Schicht 6a aus Kupfer auf der ersten Außenseite Aa auf dem Grundmaterial ganzflächig aufgebracht, wobei auf der ersten Innenseite Ia das Grundmaterial Edelstahl ganzflächig freigelegt ist.
-
Auf der zweiten Innenseite Ib ist die leitfähige Schicht 6b aus Kupfer auf dem Grundmaterial Edelstahl ganzflächig aufgebracht, wohingegen auf der zweiten Außenseite Ab das Grundmaterial Edelstahl ganzflächig freigelegt ist.
-
Bei der ersten Ausführungsform bewirkt die Beschichtung der Außenseite Aa der ersten Elektrode 6a neben einer verbesserten Wärmeableitung eine Erhöhung der Kräfte durch das Eigenmagnetfeld auf den Lichtbogen an der zweiten Elektrode 3a, wodurch ebenfalls eine höhere Beweglichkeit und ein schnelleres Einlaufen des Lichtbogens in die Lichtbogenlöschkammer 4 erreicht werden kann.
-
Bei der ersten Ausführungsform ist im Gegensatz zu den vorherigen Beispielen die zweite Anschlussklemme 1b auf der Außenseite Ab der zweiten Elektrode 3b verankert, sodass die Innenseite Ib der zweiten Elektrode 3b ganzflächig mit dem leitfähigen Material aus 6b aus Kupfer belegt werden kann.
-
6a),b) zeigen eine schematische ausschnittsweise Draufsicht auf die erste bzw. zweite Elektrode zur Erläuterung weiteren beispielhafter Blitzschutz-Funkenstrecken.
-
Bei dem sechsten Beispiel ist zumindest im Laufbereich L einer der ersten und zweiten Elektrode 3a, 3b die leitfähige Schicht 6a, 6b aus dem leitfähigen Material Kupfer auf dem Grundmaterial Edelstahl zumindest bereichsweise ganzflächig aufgebracht ist.
-
Bezugszeichen K bezeichnet eine virtuelle Trennlinie zwischen Laufbereich L und Zündbereich Z.
-
Auch im Zündbereich Z der einen der ersten und zweiten Elektrode 3a, 3b ist die leitfähige Schicht 6a, 6b aus dem leitfähigen Material Kupfer auf dem Grundmaterial Edelstahl zumindest bereichsweise ganzflächig aufgebracht ist.
-
Ein ganzflächiger Bereich 61 der leitfähigen Schicht 6a, 6b im Laufbereich L und ein ganzflächiger Bereich 62 der leitfähigen Schicht 6a, 6b im Zündbereich Z sind durch einen Bereich 60 getrennt, in dem das Grundmaterial ganzflächig freigelegt ist.
-
Bei dem siebenten Beispiel ist zumindest im Laufbereich L einer der ersten und zweiten Elektrode 3a, 3b die leitfähige Schicht 6a, 6b aus dem leitfähigen Material Kupfer auf dem Grundmaterial Edelstahl zumindest bereichsweise längsstreifenförmig mit geringerer Breite als einer Breite der Innenseite Ia, Ib aufgebracht.
-
Im Zündbereich Z der einen der ersten und zweiten Elektrode 3a, 3b ist die leitfähige Schicht 6a, 6b aus dem leitfähigen Material Kupfer auf dem Grundmaterial Edelstahl zumindest bereichsweise längsstreifenförmig mit geringerer Breite als einer Breite der Innenseite Ia, Ib aufgebracht ist.
-
Ein längsstreifenförmiger Bereich 61' der leitfähigen Schicht 6a, 6b im Laufbereich L und ein längsstreifenförmiger Bereich 62' der leitfähigen Schicht 6a, 6b im Zündbereich Z sind durch einen Bereich 60 getrennt, in dem das Grundmaterial ganzflächig freigelegt ist.
-
7a),b) zeigen eine schematische ausschnittsweise Draufsicht auf die erste bzw. zweite Elektrode zur Erläuterung weiterer beispielhafter Blitzschutz-Funkenstrecken.
-
Bei dem achten Beispiel ist zumindest im Laufbereich L einer der ersten und zweiten Elektrode 3a, 3b die leitfähige Schicht 6a, 6b aus dem leitfähigen Material Kupfer auf dem Grundmaterial Edelstahl längsstreifenförmig mit geringerer Breite als einer Breite der Innenseite Ia, Ib aufgebracht.
-
Im Zündbereich Z der einen der ersten und zweiten Elektrode 3a, 3b ist die leitfähige Schicht 6a aus dem leitfähigen Material Kupfer auf dem Grundmaterial Edelstahl längsstreifenförmig mit geringerer Breite als einer Breite der Innenseite Ia, Ib aufgebracht.
-
Ein längsstreifenförmiger Bereich 61'' der leitfähigen Schicht 6a, 6b im Laufbereich L und ein längsstreifenförmiger Bereich 62" der leitfähigen Schicht 6a, 6b sind im Zündbereich Z miteinander verbunden.
-
Bei dem neunten Beispiel ist zumindest im Laufbereich L einer der ersten und zweiten Elektrode 3a, 3b die leitfähige Schicht 6a, 6b aus dem leitfähigen Material Kupfer auf dem Grundmaterial Edelstahl längsstreifenförmig mit geringerer Breite als einer Breite der Innenseite Ia, Ib aufgebracht.
-
8 ist eine ausschnittsweise schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Blitzschutz-Funkenstrecke gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Bei der zweiten Ausführungsform ist die erste Elektrode 3a als Langhornelektrode und die zweite Elektrode 3b als Hakenelektrode ausgebildet, d.h. die zueinander divergierenden Elektroden 3a, 3b verlaufen asymmetrisch.
-
Wie bei der ersten Ausführungsform ist die leitfähige Schicht 6a aus Kupfer auf der ersten Außenseite Aa auf dem Grundmaterial ganzflächig aufgebracht, wobei auf der ersten Innenseite Ia das Grundmaterial Edelstahl ganzflächig freigelegt ist.
-
Auf der zweiten Innenseite Ib ist die leitfähige Schicht 6b aus Kupfer auf dem Grundmaterial Edelstahl ganzflächig aufgebracht, wohingegen auf der zweiten Außenseite Ab das Grundmaterial Edelstahl ganzflächig freigelegt ist.
-
Bei der zweiten Ausführungsform wird die Funktionstrennung zwischen Impulsstromphase und Netzfolgestromphase nicht nur durch die Materialkombination, sondern auch durch die Elektrodenkonturen beeinflusst.
-
Die als Langhornelektrode ausgebildete erste Elektrode 3a besitzt eine stetige Kontur mit im Wesentlichen konstantem Krümmungsradius auf maximal 90° ohne strömungstechnische Inhomogenitäten. Dadurch lässt sich eine laminare Strömung entlang der ersten Elektrode 3a ohne Verwirbelungen erzeugen. Die aktive Innenseite Ia der ersten Elektrode 3a besteht aus Edelstahl 6a und besitzt eine geringe Wärmeleitfähigkeit von etwa 20 W/(m·K).
-
Dadurch bedingt bewegt sich der Lichtbogenfußpunkt in der Impulsstromphase nur sehr langsam bzw. sprungartig auf der ersten Elektrode 6a, da er im Schmelzkrater fixiert bleibt.
-
Bei der nachfolgenden Folgestromphase wird die laminare Strömung dazu benutzt, dass der Lichtbogenfußpunkt in Richtung der Lichtbogenlöschkammer 4 bewegt wird. Dazu ist ein gewisser Druckaufbau notwendig, der erst zeitverzögert nach dem Erreichen des Maximalwertes des Impulsstroms erreicht wird.
-
Die als Hakenelektrode ausgebildete zweite Elektrode 3b besitzt eine unstetige Kontur mit ausgehend vom Zündbereich Z höherem gleichgerichtetem Krümmungsradius als die als Langhornelektrode ausgebildete erste Elektrode 3a und anschließend nach einem Wendepunkt entgegengerichtetem Krümmungsradius wie die als Langhornelektrode ausgebildete erste Elektrode 3a.
-
Von besonderer Bedeutung ist der Strömungsschatten nach der maximalen Krümmung der zweiten Elektrode 3b. Als Material auf der aktiven Innenseite Ib wird Kupfer 6b verwendet, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit von etwa 380 W/(mK) besitzt. Dadurch bedingt bildet sich dort kein Schmelzkrater aus, der ein Verharren des Lichtbogens verursachen würde.
-
Die hohe Beweglichkeit des Lichtbogenfußpunktes auf der Innenseite Ib der zweiten Elektrode 3b könnte dazu führen, dass der Lichtbogen zu schnell aus dem Zündbereich Z in Richtung der Lichtbogenlöschkammer 4 wandert. Der besagte Strömungsschatten bewirkt jedoch bei entsprechender Dimensionierung ein Verharren des Lichtbogenfußpunktes im Zündbereich Z für einige 100 Mikrosekunden bis zu einer Mikrosekunde, und erst danach und damit nach Abklingen des Impulsstromes setzt die schnelle Bewegung in Richtung der Lichtbogenlöschkammer 4 ein.
-
Durch eine entsprechende Schichtdicke der leitfähigen Schicht 6b aus Kupfer auf der als Hakenelektrode ausgebildeten zweiten Elektrode 3b kann auch bei dieser Ausführungsform erreicht werden, dass die leitfähige Schicht 6b aus Kupfer bei zu hohen Impulsströmen adiabatisch überlastet und teilweise zerstört wird, sodass der Impulsstrom im Zündbereich verharrt.
-
Beispielsweise schmilzt eine 0,2 mm dicke leitfähige Schicht 6b aus Kupfer, welche beispielsweise galvanisch, durch Ummantelung oder durch Plattieren aufgebracht wurde, bei 25 kA 10/350µs.
-
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere nicht auf die Materialkombination Stahl/Kupfer beschränkt. Es hat sich herausgestellt, dass generelle beliebige Materialkombinationen für die zueinander divergierenden Elektroden verwendet werden können, um die erfindungsgemäßen Effekte zu erzielen.
