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Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöschkam- Lichtbogenlöschkammer
mer für elektrische Schaltgeräte mit quer zum Lichtbogen angeordneten, elektrisch
leitenden Löschblechen, die dreieckförmig ausgespart sind, um bei leichtem Lichtbogeneinlauf
eine starke Erhöhung der Lichtbogenspannung zur Erzwingung von Fußpunktbildung auf
den Löschblechen zu erreichen.
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Löschbleche mit dreieckförmigen Schlitzen mit in Lichtbogenlaufrichtung
abnehmendem öffnungsquerschnitt sind an sich bekannt, jedoch herrscht in der Bemessung
und dem daraus resultierenden Wirkungsgrad dieser Schlitze hinsichlich Lichtbogeneinlauf,
Lichtbogenspannungserhöhung und Rückzündungssicherheit weitgehend Unklarheit. Diesem
Mangel wird durch die Erfindung abgeholfen, die die Voraussetzungen für besonders
günstige Bedingungen für das Zusammenwirken dieser schon aufgezählten Faktoren wie
Lichtbogeneinlauf, Lichtbogenspannungserhöhung und insbesondere Rückzündungssicherheit
dadurch schafft, daß die bekannten dreieckförmigen Aussparungen innerhalb eines
Öffnungswinkels a von 25 bis 45° verlaufen, bei einer Anfangsöffnungsbreite
b von mindestens b = 5,71/I (mm; kA). Hierbei wird auf eine mittlere
Stromdichte Bezug genommen.
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Für die Bildung von Fußpunkten an einem Blech, d. h. für eine einfache
Lichtbogenunterteilung, ist ein Spannungsabfall an der Lichtbogensäule von etwa
30 V erforderlich. Dieser Spannungsabfall wird - wie F i g. 1 zeigt - dadurch erreicht,
daß die Bogensäule 3 durch Magnetblasung in die Blechzwischenräume getrieben und
um die Löschblechkanten herum verlängert wird.
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Beim natürlichen Nulldurchgang des Wechselstromes erlischt der Lichtbogen.
Die Sofortverfestigung der Bogenstrecke ist proportional der Anzahl der Teillichtbögen
bzw. der Löschbleche.
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Die Löschkammern sind demnach um so wirksamer, je mehr Löschbleche
sie enthalten. Damit wird jedoch der Abstand zwischen den Blechen bei gegebenen
Baumaßen geringer.
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Stehen die Löschbleche sehr eng, so kommt es nicht zu einer ausreichenden
Lichtbogenverlängerung. Zwischen den sich schon ausgebildeten Verlängerungen erfolgen
Überschläge, wie es durch 4 angedeutet wird. Die Lichtbogensäule wird wieder verkürzt
und bleibt vor den Blechen stehen.
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Wesentlich günstiger für eine Fußpunktbildung des Lichtbogens verhalten
sich die bekannten Löschbleche mit dreieckförmigen Schlitzen von in Lichtbogenlaufrichtung
abnehmendem Querschnitt. Der Mechanismus der Fußpunktbildung des Lichtbogens ist
hierbei jedoch anders.
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An Hand der F i g. 2, die ein solches in Dreieckform geschlitztes
Blech zeigt, in das ein Lichtbögen 5 in Pfeilrichtung einläuft, soll der Vorgang
beschrieben werden. Durch den vorhandenen, sich verengenden Dreieckschlitz wird
der Lichtbogendurchmesser beim Einlaufen intensiv gekühlt und eingeengt. Dadurch
steigt ohne Verlängerung der Lichtbogensäule der Spannungsabfall so weit an, bis
er zur Fußpunktbildung und damit zur Lichtbogenunterteilung ausreicht. Jedoch ist
der Vorgang nicht so einfach, wie er bisher geschildert wurde, denn es treten immer
wieder Störungen durch Rückzündungen in den schon vom Lichtbogen durchlaufenen Gebieten
auf. Das rührt daher, daß der Lichtbogen kein kompaktes Ganzes darstellt, sondern
aus einem Hauptkanal 6 an der Vorderfront und einer nachfolgenden, noch gut ionisierten
Gaswolke 7 bestehend aufgefaßt werden kann. Letztere ist ebenfalls am Stromtransport
beteiligt und stellt praktisch eine Parallelschaltung verschiedener stromführender
Gebiete dar, deren Ionisierungsgrad und Leitwert abnehmen, je weiter sie hinter
dem Hauptkanal zmrückliegen. Während der Hauptkanal 6 im Schlitzgrund eingeschnürt
wird, sein Leitwert abnimmt und die Spannung wächst, wird die zurückliegende Gaswolke
7 mit ihren Gebieten weit weniger beeinflußt.
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Ionisierung und Leitwert der Gaswolke können dabei so weit zunehmen,
daß der Strom aus dem behinderten Hauptkanal 6 in die Gaswolke 7 zurückweicht (Rückzündung
4) und diese bei gleichzeitig absinkender Spannung wieder aufheizt. Damit beginnt
der Einlaufvorgang von neuem, die Abschaltzeit wird größer. Wie sich aus Versuchen
ergab, tritt der geschilderte Vorgang ganz besonders dann auf,
wenn
die erforderliche Abschnürung zu stark erfolgt, also der öffnungswinkel oc zu spitz
gewählt wird. Die Gefahr der Rückzündung wird also um so größer, je kleiner der
öffnungswinkel a ist. Bei einem sehr groß gewählten Öffnungswinkel a wird dagegen
nur eine sehr geringe Einschnürung des Lichtbogens erreicht. Der Schlitzöffnungswinkel
ist also für die Verharrzeit des Lichtbogens und die Fußpunktbildung wesentlich.
Es muß einen besonders .günstigen Bereich geben.
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F i g. 3 zeigt die aus zahlreichen Versuchen ermittelte prozentuale
Wiederzündhäufigkeit in Abhängigkeit vom öffnungswinkel a (0 bis 180°) und verschiedener
Lichtbogenstromstärken (600, 1000, 1500 A) als Parameter: Hieraus geht eindeutig
hervor, daß bei einem öffnungswinkelbereich a von 25 bis 450 die Wiederzündhäufigkeit
ein Minimum hat. Dieser Bereich ist - wie man ebenfalls erkennen kann - praktisch
unabhängig von der Größe des abzuschaltenden Stromes. Mit höheren Werten des Winkels
a steigt die Häufigkeit der Wiederzündungen an, bis sie bei 180° den Wert des normalen
rechteckigen Bleches erreicht (50%). Schon ab 900 Schlitzung verliert die Blechform
den Charakter eines Schlitzbleches und ist praktisch nicht mehr sinnvoll, weil keine
genügende Einengung stattfindet. Dieser Bereich entfällt daher.
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Bei öffnungswinkeln unter 30° steigt wieder. die Anzahl der Wiederzündungen;
sie erreichen bei etwa 10 bis 200 einen Maximalwert von 50 bis 70 % und sinken unterhalb
von etwa 100 wieder etwas. Unter 100 Öffnungswinkel ist bei nicht sehr langen Schlitzen
die Schlitzöffnung an der Blechvorderkante klein, und der Lichtbogen hat in bezug
auf den Einlauf Schwierigkeiten. Auch diese Form kommt deshalb nicht in Betracht.
Damit erweisen sich die erwähnten Winkel zwischen 25 und 450 als besonders günstig.
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Die Schlitzöffnung an der Blechvorderkante sollte einen gewissen Wert
nicht unterschreiten, sie sollte mindestens so groß sein wie der Durchmesser des
Lichtbogens. Größere Schlitzöffnungen erleichtern das »Einfangen« des Lichtbogens
und haben - wie sich ergab - so lange keinen Einfluß auf die Wiederzündhäufigkeit,
wie der Schlitzwinkel unverändert bleibt. Es erweist sich zum Teil als vorteilhaft,
die Schlitzöffnung dann gleich der Breite der Löschkammerwand zu wählen, um zu verhindern,
daß der Lichtbogen neben der Schlitzöffnung auf das Löschblech trifft.
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Nach Untersuchung von Müller (Dissertation Braunschweig, 1957) steigt
der Lichtbogenquerschnitt etwa proportional mit 1. Daraus folgt, daß der Bogendurchmesser
etwa proportional mit der V -i ansteigt. In gleichem Maße wird danach auch
die öffnungsweite des Schlitzes im Löschblech verändert.
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Damit erhält man ein Löschblech mit hinsichtlich der Lichtbogenlöschung
besonders günstiger Dimensionierung des Dreieckschlitzes.