DE1074699B - Lichtbogenkammer für elektrische Schaltgeräte mit Permanent-Blasmagneten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöschkammer für elektrische Schaltgeräte mit Permanent-Blasmagneten, die beiderseits des Lichtbogenraumes der Löschkammer einander paarweise gegenüberliegen und ein quer zur Lichtbogenbahn gerichtetes magnetisches Feld erzeugen, durch das der Lichtbogen aus seiner ursprünglichen Bahn abgelenkt und zwecks Kühlung und Löschung ausgeweitet wird.

Um Ströme sehr unterschiedlicher Stromstärke einwandfrei zu löschen, ist bereits ein Schalter mit einer Lichtbogenlöscheinrichtung bekanntgeworden, bei dem im Lichtbogenraum mehrere Hilfsblasspulen angeordnet sind, die in keilartig ausgebildeten Gehäusen aus feuerfestem Material sitzen und bei Strömen unter einer gewissen Stromstärke in den Lichtbogen eingeschaltet werden, so daß dieser in einzelne Teillichtbogen aufgelöst wird. Die Blasspulen dieser bekannten Ausführung sind mit Blaseisen ausgerüstet, die eng aneinanderstoßen und ein einheitliches Magnetfeld im Lichtbogenraum erzeugen. Für Lichtbogen mit normaler Stromstärke ist noch eine weitere (Haupt-) Blasspule vorgesehen. Wenngleich diese Ausführung die bei der Löschung von Lichtbogen kleiner Stromstärke auftretenden bekannten Schwierigkeiten vermeidet, so ist dennoch der konstruktive Aufwand so beträchtlich, daß eine wirtschaftliche Serienfertigung schwer möglich ist.

Um diese fertigungstechnischen Nachteile zu vermeiden, anderseits jedoch auch beim Abschalten geringer Ströme ein genügend starkes Blasfeld zur Verfügung zu haben, sind weiterhin Lichtbogenkammern der eingangs genannten Art mit Permanent-Blasmagneten entwickelt worden. Hierbei hat man meist, um das Magnetfeld der Permanentmagnete in den Bereich des Abschaltlichtbogens zu führen, beiderseits des Lichtbogenraumes der Löschkammer einander gegenüberliegende, plattenförmige, hochpermeable Weicheisen-Polbleche vorgesehen, die durch einen zwischen ihnen angebrachten Klotzmagnet magnetisiert werden. Die Verwendung von Weicheisenblechen im Bereich der Wände des Lichtbogenraumes hat jedoch den Nachteil, daß der Lichtbogen unter der Wirkung seines eigenen Magnetfeldes, das seinerseits die hochpermeablen Bleche magnetisiert, in Richtung auf eines der Weicheisenpolbleche gedrängt wird und gegebenenfalls an der vor dem Weicheisenpolblech liegenden Isolierplatte »haftene-bleibt.

Um diesen Mangel zu beheben, hat man bereits an Stelle der Weicheisenpolbleche quermagnetisierte, plattenförmige Permanent-Blasmagneten verwendet, die aus elektrokeramischem Material geringer Permeabilität (μ. ~ 1) hergestellt sind und infolgedessen den Lichtbogen lediglich durch ihr eigenes Magnetfeld, aber nicht durch ihre Permeabilität beeinflussen.

Lichtbogenkammer

für elektrische Schaltgeräte

mit Permanent-Blasmagneten

Anmelder:

DEVAG Elektrizitäts-Gesellschaft

Miebach & Co.,

Frankfurt/M. - Rö delheim,

Westerbachstr. 46/48

Dipl.-Ing. Frobert Michaelis, Frankfurt/M.,

und Dipl.-Ing. Gustav Hawel, Hofheim. (Taunus),

sind als Erfinder genannt worden

Das Ausweiten des Lichtbogens auf eine verhältnismäßig große Länge bedingt hierbei die Verwendung von quermagnetisierten Permanentmagnetplatten, die eine unerwünscht große Ausdehnung besitzen und in-

folgedessen einerseits wegen ihrer schwierigen Magnetisierbarkeit einen nur mäßigen Energiegehalt haben und anderseits sehr kostspielig sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtbogenkammer der eingangs genannten Art

unter Vermeidung der Mängel der bekannten Ausführungen so auszubilden, daß einerseits auch geringe Ströme einwandfrei gelöscht werden, anderseits die Abmessungen der Permanent-Blasmagnete klein bleiben, so daß sich eine zugleich betriebssichere und

♦° einfache Lichtbogenkammer ergibt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das gesamte Blasmagnetfeld in mehrere von mit Abstand nebeneinander angeordneten Permanentmagnetstreifen erzeugte Einzelfelder derart aufgeteilt ist, daß Größe und/oder Richtung der Quermagnetisierung längs der vom beweglichen Schaltkontakt im Lichtbogenraum der Löschkammer beschriebenen Bahn wiederholt wechseln.

Da sich schmale Magnetstreifen — im Gegensatz zu den großflächigen Platten der bekannten Ausführung — verhältnismäßig billig mit hohem Energiegehalt herstellen lassen, erreicht man bei der erfindungsgemäßen Ausführung ohne Steigerung der gesamten Herstellungskosten im Bereich der einzelnen

909 728/392

Streifen wesentlich höhere Blasmagnetkräfte als bei der bekannten Lichtbogenkammer.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Permanentmagnetstreifen ist das Magnetfeld jeweils zwischen zwei einander gegenüberliegenden Streifen hoch und in dem Abstandsbereich der Streifenpaare wesentlich geringer, so daß grundsätzlich auch bei Kammerausführungen ohne senkrecht zur Bahn des beweglichen Schaltkontaktes angeordnete Isolierstoffrippen eine wellenförmige Ablenkung des Lichtbogens erzielt wird. Die von anderen Kammerausführungen her bekannten Isolierstoffrippen verstärken zwar diese wellenförmige Ablenkung des Lichtbogens, erscheinen jedoch bei der erfindungsgemäßen Ausführung — im Gegensatz zu den bekannten Kammern mit einheitlichem Quermagnetblasfeld — nicht unbedingt notwendig, um eine wellenförmige Ablenkung des Lichtbogens zu erreichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die paarweise einander gegenüberliegenden Permanentmagnetstreifen mit ihrer Streifenlängsachse quer zur Lichtbogenbahn angeordnet, wobei benachbarte Paare jeweils wechselnde Quermagnetisierung aufweisen. Der Lichtbogen wird infolgedessen im Bereich des einen Streifenpaares in der einen, im Bereich des anderen Paares dagegen in der anderen Richtung abgelenkt, so daß er etwa mäanderförmig auseinandergezogen wird.

Das Ausweiten des Abschaltlichtbogens in einer flachen Löschkammer unter Verwendung von Permanentmagnetplatten oder -streifen, die beiderseits des Lichtbogenraumes ungefähr parallel zueinander angeordnet sind, bedingt verhältnismäßig große Flächenäbmessungen der Löschkammer. Dadurch ergibt sich ein unerwünscht großer Raumbedarf für die Löschkammer in nur einer Ebene. Dieser Raumbedarf läßt sich ganz wesentlich verringern, wenn man die Löschkammer unter Beibehaltung des grundsätzlichen Prinzips wellenförmig bzw. gefaltet aufbaut, wobei die Faltung vorteilhafterweise p'arallel zur ursprünglichen Lichtbogenbahn erfolgt.

In der Zeichnung sind in schematischer Form Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt; es zeigt

Bild 1 eine Seitenansicht einer gemäß der Erfindung ausgestalteten Lichtbogenlöschkammer,

Bild 2 eine Aufsicht auf die Lichtbogenlöschkammer gemäß Bild 1,

Bild 3 eine Seitenansicht einer abweichend von Bild 1 und 2 ausgeführten Löschkammer,

Bild 4 eine Aufsicht auf die Löschkammer gemäß Bild 3,

Bild 5 die perspektivische Ansicht einer wellenförmig ausgebildeten bzw. gefalteten Löschkammer,

Bild 6 einen Querschnitt senkrecht zur Lichtbogenbahn durch die Löschkammer gemäß Bild 5.

Die Darstellung der Lichtbogenlöschkammer gemäß Bild 1 und 2 läßt ein festes Kontaktstück 1 und ein bewegliches Kontaktstück 2 (Schaltstift) erkennen, zwischen denen sich beim Abschalten des Schalters der Abschaltlichtbogen (gestrichelteLinie L) ausbildet. Beiderseits desjenigen Raumes, in dem der Lichtbogen L gezogen wird, liegen zwei im wesentlichen parallele, aus hitzebeständigem Material bestehende Löschkammerwände 4, auf deren Außenflächen Permanentmagnetstreifen 3 befestigt sind. Die Permanentmagnetstreifen liegen einander paarweise gegenüber; die Magnetstreifenpaare haben einen lichten Abstand voneinander, der größer ist als die Breite der Streifen.

Die Permanentmagnetstreifen sind — wenn man sie als plattenförmige Magnete ansieht — quermagnetisiert und so angeordnet, daß das von ihnen erzeugte Magnetfeld quer zur ursprünglichen Bahn des Lichtbogens verläuft.

Jeweils in der Mitte des Abstandes zweier Paare von Permanentmagnetstreifen sind zwischen die LÖschkammerwände 4 aus isolierendem und hitzebeständigem Material bestehende Rippen 5 eingebaut, die von den Rändern der Löschkammer aus bis in die Nähe der ursprünglichen Lichtbogenbahn hineinreichen.

Beim Abschalten des Schalters wird der Lichtbogen im wesentlichen in der geraden Verbindungslinie der sich trennenden Kontakte 1,2 gezogen. Die Lichtbogenbahn L befindet sich dabei in einem Magnetfeld wechselnder Stärke, das jeweils zwischen den beiden Permanentmagnetstreifen eines Paares dieser Streifen einen Maximalwert und in der Mitte des Zwischenraumes zwischen zwei benachbarten Streifenpaaren einen Minimalwert hat. Infolge der unterschiedlichen Stärke des Magnetfeldes wird also der Lichtbogen jeweils genau zwischen den beiden Streifen eines Magnetstreifenpaares stärker abgelenkt als in der Mitte des Abstandes. Er nimmt infolgedessen während seines Ausweitens eine wellenförmige Form an. Diese wellige Ausbildung des Lichtbogens wird durch die Rippen 5 verstärkt, so daß sich eine verhältnismäßig starke Längung des Lichtbogens ergibt, die zu einer kräftigen Kühlung und einem raschen Löschen führt.

Die in Bild 3 und 4 dargestellte Löschkammerausführung gemäß der Erfindung unterscheidet sich von der Ausführung gemäß Bild 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß die in die Löschkammerwände 4 von außen eingesetzten Permanentmagnetstreifen 3 jeweils paarweise wechselnd magnetisiert sind, so daß die jeweils zwischen den beiden Magnetstreifen eines Paares quer durch die Lichtbogenbahn verlaufenden magnetischen Kraftlinien abwechselnd unterschiedliche Richtung haben.

In der zeichnerischen Darstellung dieser Löschkammer sind die Abstände der einzelnen Magnetstreifenpaare kleiner dargestellt, als sie tatsächlich ausgeführt werden, während die Löschkammerwände 4 tatsächlich näher aneinanderliegen, als es die Zeichnung zeigt. Infolgedessen werden die quer durch die Lichtbogenbahn gehenden magnetischen Felder stärker sein, als man es nach Betrachten der Zeichnung annehmen sollte.

Infolge der wechselnden Richtung der Magnetfelder wird jeweils der im Bereich der Magnetstreifenpaare gezogene Lichtbogen Lf abwechselnd von dem einen Magnetstreifenpaar nach oben und von dem folgenden nach unten abgelenkt, wobei auch hier durch Einbau zusätzlicher Isolierstoffrippen 5 eine weitere zusätzliche Längung des Lichtbogens erzwungen werden kann.

Wenn die Permanentmagnetstreifen als Oxydmagneten aus nichtleitendem und hitzebeständigem Material hergestellt sind, kann man sie mit ihren Polflächen unmittelbar Teile der Wandung der Löschkammer bilden lassen. Da derartige Magnete außerdem eine Permeabilität von etwa 1 haben und infolgedessen das Magnetmaterial durch das magnetische Feld des Lichtbogens seinerseits nicht magnetisiert werden kann, so bleibt der Lichtbogen im wesentlichen in der Mitte der Löschkammer zwischen den beiden Löschkammerwänden 4, er »haftet« nicht an den Magneten oder den vor den Magneten liegenden isolierenden Abdeckungen (Löschkammerwänden 4).
Wie das Bild 3 erkennen läßt, wird bei der zuletzt beschriebenen Löschkammerausführung der Licht-

bogen in einem verhältnismäßig kleinen Raumbereich sehr stark auseinandergezogen, so daß sich — insbesondere bei schmaler Ausführung der Löschkammer — eine gute Kühlung und eine ausgezeichnete Löschwirkung ergeben.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß beim Unterbrechen von Wechselströmen der Lichtbogen zwischen den einzelnen Magnetstreifenpaaren bei Umkehr der Stromrichtung in dem Lichtbogen auch seine Auslenkung ändert und auf und ab schwingt, was ebenfalls zu einer raschen Löschung beiträgt.

Beim. Abschalten größerer Stromstärken muß eine Löschkammer gemäß Bild 1 bis 4 verhältnismäßig hoch ausgeführt werden, damit der Lichtbogen nicht aus dem durch die Löschkammerwände 4 begrenzten Raum heraustritt und gegebenenfalls außerhalb der eigentlichen Löschkammer unbeeinflußt von dem Magnetfeld weiter brennt. Eine solche unerwünscht große Breite der Löschkammer kann dadurch vermieden werden, daß man diese Löschkammer gemäß Bild 5 und 6 wellenförmig ausbildet oder faltet. Dadurch wird zwar die Querabmessung der gesamten Löschkammer größer; die Höhe wird jedoch erheblich geringer, und der Lichtbogen kann langer ausgezogen werden. Die Darstellung in Bild 5 und 6 ist dabei ganz schematisch gehalten; sie zeigt insbesondere nicht die Aufteilung des Blasmagnetfeldes in mehrere einzelne Streifenfelder.

Wenn die Permanentmagnetstreifen selbst aus nicht leitendem und hitzebeständigem Material, wie z. B. Ferrit-Bariumoxyd, hergestellt sind, können die zusätzlichen Isolierteile der Löschkammer weitgehend eingespart werden, es sind dann nur isolierende Tragoder Halterungsteile für die keramischen Magnete erforderlich.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Lichtbogenkammer für elektrische Schaltgeräte mit Permanent-Blasmagneten, die beiderseits des Lichtbogenraumes der Löschkammer einander paarweise gegenüberliegen und ein quer zur Lichtbogenbahn gerichtetes magnetisches Feld erzeugen, durch das der Lichtbogen aus seiner ursprünglichen Bahn abgelenkt und mit Hilfe von etwa senkrecht zur Bahn des beweglichen Schaltkontaktes angeordneten Rippen aus isolierendem Material geweitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Blasmagnetfeld in mehrere von mit Abstand nebeneinander angeordneten Permanentmagnetstreifen (3) erzeugte Einzelfelder derart aufgeteilt ist, daß Größe und/oder Richtung der Quermagnetisierung längs der vom beweglichen Schaltkontakt (2) im Lichtbogenraum der Löschkammer beschriebenen Bahn wiederholt wechseln.

2. Lichtbogenkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise einander gegenüberliegenden Permanentmagnetstreifen (3) mit ihrer Streifenlängsachse quer zur Lichtbogenbahn angeordnet sind und benachbarte Paare jeweils wechselnde Quermagnetisierung aufweisen.

3. Lichtbogenkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer wellenförmig bzw. gefaltet aufgebaut ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 540 927, 704 432, 615, 967 621;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1 015 893;
USA.-Patentschriften Nr. 2 632 827, 2 677 032.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

@ 909 728/392 1.60