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Lichtbogenlöscheinrichtung für elektrische Schalter Das Ausschalten
von Gleichströmen bereitet erheblich größere Schwierigkeiten als das Ausschalten
von Wechselströmen, da beim Öffnen der Kontakte beim Ausschalten der entstehende
Lichtbogen nicht wie bei Wechselströmen kurzzeitig unterbrochen wird. Zur Unterbrechung
des Lichtbogens ist dessen Kühlung notwendig. Diese Kühlung erfolgt am einfachsten,
indem man die Länge des Lichtbogens vergrößert, bis die abstrahlende Oberfläche
so groß geworden ist, daß der Wärmeentzug größer ist als die zugeführte Energiemenge.
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Ein bekanntes Mittel zur Verlängerung des Lichtbogens ist die magnetische
Blasung. Meist wird der Lichtbogen dann von zwei festen Fußpunkten, die z. B. die
Kontakte eines Schalters sein können, durch ein magnetisches Feld so weggeblasen,
daß ein bogenförmiges Gebilde entsteht. Durch eine hörnerartige Ausbildung der Kontakte
kann aber auch eine Bewegung der Fußpunkte des Lichtbogens erreicht werden, wodurch
wiederum seine Länge vergrößert wird und der Lichtbogen zum Erlöschen kommt. Es
sind auch bereits Schalter bekannt, bei denen eine Aufteilung des magnetischen Blasfeldes
in verschieden gerichtete Einzelfelder erfolgt, so daß der beim Abschalten entstehende
Lichtbogen mäanderförmig auseinandergezogen wird. Die Fußpunkte des Lichtbogens
verharren bei dieser bekannten Anordnung aber praktisch jeweils an einer Stelle
der Schaltstücke, so daß keine wirksame Abkühlung der Lichtbogenfußpunkte erfolgen
kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine besondere Ausbildung der
den Fußpunkt des Lichtbogens führenden Armatur den Lichtbogen beim Abschalten schnell
zu verlängern und damit die Schaltzeit zu verkürzen. Die Erfindung betrifft eine
Lichtbogenlöscheinrichtung für elektrische Schalter, bei welcher der bei Kontaktöffnung
entstehende Lichtbogen von den Schaltkontakten auf Ablaufschienen abgetrieben und
dabei durch magnetische Blasfelder so gelenkt wird, daß er eine sehr große Verlängerung
erfährt. Erfindungsgemäß sind die sich gegenüberliegenden Lichtbogenablaufschienen
in gleichem Abstand zueinander zwischen feuerfesten Wänden angeordnet, und die Schaltkontakte
sind in Aussparungen der Lichtbogenablaufschienen senkrecht zur Längsrichtung der
Lichtbogenablaufschienen beweglich angeordnet, und der Raum zwischen den Ablaufschienen
ist von zwei quer zum Lichtbogen und entgegengesetzt zueinander gerichteten Magnetfeldern
derart durchsetzt, daß die Lichtbogenfußpunkte eines beim Öffnen der Schaltkontakte
zwischen diesen entstehenden Lichtbogens durch das Magnetfeld auf den beiden Ablaufschienen
in entgegengesetzter Richtung getrieben werden, so daß der Lichtbogen bis zum Erlöschen
eine zu den Ablaufschienen diagonale Lage einnimmt.
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In den F i g. 1 bis 11 sind verschiedene Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Anordnung dargestellt.
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In den F i g. 1 und 2 sind zwischen zwei lichtbogenfesten Wänden 1
und 2 parallele Ablaufschienen 3 und 4 angeordnet, an denen der Lichtbogen bei der
Löschung in entgegengesetzter Richtung entlangläuft. Durch je eine Bohrung oder
einen Ausschnitt 5 in den Ablaufschienen 3 und 4 sind die beweglichen Schaltkontakte
6 und 7 hindurchgeführt. Auf die Schaltkontakte sind Abbrennkontakte 8 und 9 aufgesetzt.
Außerhalb der zwischen den lichtbogenfesten Wänden befindlichen Lichtbogenkammer
sind mindestens vier Magnetpole 10 in einer solchen Weise angeordnet, daß einerseits
in Richtung durch die Lichtbogenkammer ein Nordpol einem Südpol gegenübersteht und
andererseits in Richtung des zwischen den Abbrennkontakten entstehenden Lichtbogen
bzw. in Längsrichtung der Lichtbogenkammer ein Nordpol über einem Südpol oder umgekehrt
angeordnet ist.
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Durch die Anordnung wird erreicht, daß die Lichtbogenkammer von zwei
entgegengesetzt gerichteten, zum Lichtbogen transversal stehenden Magnetfeldern
durchsetzt wird. Damit die erforderliche Feldstärke zum Heraustreiben des Lichtbogens
erzielt werden kann, müssen die Abstände der durch die Lichtbogenkammer getrennten
Magnetpole und der außerhalb des Polraumes übereinander- bzw. nebeneinanderliegenden
Pole in einem bestimmten Verhältnis stehen. Mit 19 ist eine Trennwand bezeichnet,
die zwischen den Schienen 4 angeordnet sein kann. Im Bereich der Schaltkontakte
ist diese für den Durchtritt der Schaltstücke jedoch offen. Die Trennwand 19 kann
entweder aus einem isolierenden und lichtbogenfesten
oder aus einem
metallischen Werkstoff bestehen. Es können auch mehrere solcher Trennwände übereinander
parallel oder in einem Winkel zueinander zur Lichtbogenunterteilung angeordnet sein.
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In F i g. 3 und 4 ist dargestellt, wie durch die die Lichtbogenkammer
11 durchdringenden entgegengesetzten Magnetfelder 12 und 13 der Lichtbogen
aus seiner Ausgangslage 14 von der Schaltstelle aus vom Augenblick des öffnens und
bei vollständiger Kontaktöffnung derart von den Kontakten 8 und 9 weggetrieben wird,
daß er eine diagonale Lage einnimmt. Wie weiter in der F i g. 3 dargestellt ist,
wandert der obere, mit 14a bezeichnete Lichtbogenast unter dem Einfluß des senkrecht
zu der Schiene 3 stehenden Magnetfeldes 12 nach links und der untere Lichtbogenast
14d unter der Wirkung des senkrecht zu der Schiene 4 stehenden Magnetfeldes 13 nach
rechts. Wenn die Fußpunkte des Lichtbogens 15 und 16 nach links bzw. nach
rechts wandern, der Lichtbogen also eine diagonale Lage einnimmt, wirken nicht nur
die Magnetfelder 12 und 13 auf den Lichtbogen, sondern auch die zwischen den Lichtbogenhälften
14b und 14e und den Schienenhälften 17 und 18 durch Stromschleifenwirkung entstehenden
Magnetfelder begünstigend auf die Lichtbogenwanderung ein. Gemäß F i g. 3 könnte
der Lichtbogen die mit 14 c und 14 e bezeichnete, nahezu waagerechte Lage einnehmen,
bevor er zum Erlöschen kommt. Der Löschvorgang wird begünstigt durch die in F i
g. 1 dargestellte lichtbogenfeste Zwischenwand 19.
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In den folgenden F i g. S und 6 sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten
der Magnete, seien es Permanentmagnete oder Elektromagnete, gegebenenfalls auch
magnetfelderzeugende elektrische Leiteranordnungen bzw. Spulen, dargestellt.
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Dabei ist in der F i g. 5 die Verwendung hufeisenförmiger Blasmagnete
außerhalb der lichtbogenfesten Wände seitlich neben den Schaltstücken dargestellt.
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Die F i g. 6 zeigt -die Verwendung solcher Blasmagnete außerhalb der
lichtbogenfesten Wände über und unter den Schaltkontakten.
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In den F i g. 7 und 8 ist eine Anwendung der Lichtbogenlöscheinrichtung
bei einem druckluftbetätigten Schütz dargestellt. Hier sind zwischen zwei lichtbogenfesten
Wänden 1 und 2 zwei Stabmagnete 20 angeordnet. Unterhalb dieser Stabmagnete 20 sind
die Lichtbogenschienen 3 und 4 angeordnet. Durchbohrungen bzw. Ausschnitte in den
Schienen und den Stabmagneten werden einerseits an die feste Zuleitung 21 sowie
ein fester Schaltkontakt 22 und andererseits ein beweglicher Schaltkontakt
24
hindurchgeführt. Das Schaltstück 24 steht mit einem Druckluftantrieb 25
und stromübertragenden Gliedern innerhalb des Druckluftzylinders in Verbindung.
Die in F i g. 7 dargestellten Stabmagnete sind gepreßte Magnete, die aus pulverförmigem
Magnetwerkstoff, wie z. B. Alniko-Legierungen oder Oxydmagnetwerkstoff, hergestellt
sind. Es können aber auch Massivstahhnagnete zur Verwendung kommen, die gegebenenfalls
bei kleineren Schaltleistungen selbst als Lichtbogenschienen dienen können. Ein
Schütz für das Schalten von Gleichstrom, das in der beschriebenen Weise aufgebaut
ist, kann in einem einfachen Fertigungsverfahren hergestellt werden. Es zeichnet
sich durch den Fortfall von außerhalb gelegenen magnetischen Blaseinrichtungen und
geringe Abmessungen in der Breite aus. Für das Schalten von Wechselstrom sind jedoch
Schütze dieser Art nicht verwendbar, weil der Lichtbogen mit wechselnder Richtung
des diesen umgebenden Feldes in beiden entgegengesetzten, aber gleichgerichteten
transversalen Magnetfeldern hin und her bewegt würde, so daß eine ausgeprägte diagonale
Lage nach der einen oder der anderen Richtung nicht eintreten kann. Zum Schalten
von Wechselstrom müssen an Stelle der Permanentmagnete von elektrischen Leiteranordnungen,
z. B. Spulen, erzeugte Magnetfelder zur Verwendung kommen.
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Bei der beanspruchten Anordnung ist jedoch eine Rücksichtnahme auf
die Stromrichtung nicht erforderlich, so daß die Anschlußfolge der Zu- und Ableitungen
gleichgültig ist. Diese Unabhängigkeit ist von großer Bedeutung für das Schalten
von Stromkreisen, deren Stromrichtung z. B. durch Trennschütze umgeschaltet werden
kann.
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In den F i g. 9 und 10 ist eine Anordnung dargestellt, bei der auf
je einer Seite neben den lichtbogenfesten Wänden 1 und 2 weitere Magnete
übereinander angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung kann ein langer, zwischen
zwei Schaltstücken entstandener Lichtbogen in der in F i g. 9 gezeigten Form fortbewegt
und um ein Vielfaches gegenüber den vorher beschriebenen Ausführungen verlängert
werden. Auch hier können noch zusätzliche, zur weiteren Verbesserung der Löschwirkung
lichtbogenunterteilende und kühlende Zwischenwände vorgesehen werden.
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Die Anordnung der Lichtbogenlöscheinrichtung ist nicht an die in den
Ausführungsbeispielen gezeigten Anordnungen gebunden.
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Es ist weiterhin möglich, die Feldstärke der zur Verwendung kommenden
Magnete 10 verschieden stark zu wählen.
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In den F i g. 1 bis 10 sind für die Wanderung der Lichtbogenfußpunkte
geradlinige, in einer Ebene liegende Ablaufschienen dargestellt. In den F i g. 11
und 12 ist gezeigt, wie die Fußpunkte des Lichtbogens von einer, gegebenenfalls
auch mehreren in der gleichen Ebene und parallel geschalteten Kontaktstellen nach
dem zugrunde liegenden magnetischen Blassystem auf einer gekrümmten, vorzugsweise
kreisförmigen Bahn in auseinanderstrebender Richtung fortgetrieben werden können.
Dies kann ebenso mit Hilfe von Permanentmagneten, mittels Elektromagneten oder auch
mittels einer elektrischen Leiteranordnung, die ein Magnetfeld erzeugen, erreicht
werden.
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In .F i g. 11 ist ein elektromagnetisches und in F i g. 12 ein permanentmagnetisches
Blassystem mit ebenfalls kreisförmigen Lichtbogenschienen dargestellt. Die F i g.
13 und 14 zeigen die Lichtbogenbewegeng in den beiden Lichtbogenräumen R
1
und R 2. Die aus den oder in dem Mittelpunkt der kreisförmigen Blasmagnete
bzw. Blasspulen gerichteten radialen Magnetfelder treiben die obere Lichtbogenhälfte
in Richtung Xr, und die untere Lichtbogenhälfte in Richtung X, voran.