DE1233930B

DE1233930B - Druckgasschalter

Info

Publication number: DE1233930B
Application number: DEG41328A
Authority: DE
Inventors: John Woods Beatty
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1963-08-16
Filing date: 1964-08-14
Publication date: 1967-02-09
Also published as: ES302861A1; NL6409420A; SE342353B; JPS4017338B1; US3274365A; GB1018365A

Description

DEUTSCHES PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 21c -35/10

Nummer: 1233 930

Aktenzeichen: G 41328 VIII d/21 c

1 233 930 Anmeldetag: 14.August 1964

Auslegetag: 9. Februar 1967

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Druckgasschalter mit den Kontakten zugeordneten, im festen Abstand gegenüberstehenden Lichtbogenelektroden, an denen der Unterbrechungslichtbogen durch AxialbebIasung mit Hilfe einer zwischen den Lichtbogenelektroden fest angeordneten Düse gelöscht wird, bei dem ein Teil des Druckgasstromes unmittelbar an der einen, in Strömungsrichtung des Druckgasstromes vor der Düse liegenden, becherförmig ausgebildeten Lichtbogenelektrode entlangströmt und sich von der Kontaktoberfläche in einem gegen die Düsenöffnung gerichteten Bereich unter Bildung einer strömungsmäßigen Totzone ablöst, innerhalb welcher der stromaufwärtige Lichtbogenkopf festgehalten wird.

Bei einem Druckgasschalter hat bekanntlich der mit hoher Geschwindigkeit in die Lichtbogenstrecke zwischen den Kontakten geblasene Gasstrom den Zweck, die Lichtbogenstrecke zu kühlen, von Lichtbogenbildungsprodukten zu säubern und zu entionisieren, um dadurch eine beschleunigte Verfestigung der Lichtbogenstrecke bei Erreichen des Stromnulldurchganges zu gewährleisten, so daß die Bogenstrecke dem Einschwingstoß der wiederkehrenden Spannung riickzündungsfrei widersteht und dadurch der Unterbrechungslichtbogen rasch gelöscht und das Ausschaltvermögen des Schalters optimal gemacht wird.

Als besonders vorteilhaft haben sich in diesem Sinne die bekannten Druckgasschalter mit Axialbeblasung erwiesen. Bei dieser Schalterart dient eine fest zwischen den beiden Lichtbogenelektroden angeordnete, vom Unterbrechungslichtbogen durchsetzte Düse dazu, den Gasstrom unter entsprechender Beschleunigung so zu führen, daß er den Lichtbogen umhüllt und in eine stabile Lage drückt und in dieser Lage so lange gefesselt hält, bis er bei einem Stromnulldurchgang gelöscht wird. Einem etwaigen Bestreben des Lichtbogens, sich aus dieser stabilen Lage herauszubewegen, wirken die starken aerodynamischen Kräfte, die der Gasstrom auf den Lichtbogen ausübt, entgegen. Dadurch wird das Löschen des Lichtbogens beim Stromnulldurchgang sehr erleichtert.

Allerdings ergeben sich, wenn der Lichtbogen in dieser Weise gefesselt oder sonstwie ortsfest gehalten wird, erhebliche Schwierigkeiten bezüglich der Kühlung, die erforderlich ist, um ein Einbrennen des Lichtbogens in die Kontaktflächen mit entsprechender Hitzeerzeugung, die zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung empfindlicher Teile des Schalters führen kann, zu verhindern.

Druckgasschalter

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, Ν. Υ. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. Ε. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold,
Patentanwälte, München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

John Woods Beatty,

Newton Square, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 16. August 1963 (302 613) 2

Um dieses Problem zu lösen, wurde bereits vorgeschlagen, den Unterbrechungslichtbogen zwecks besserer Kühlung durch ein geeignetes Magnetfeld in eine umlaufende Drehung zu versetzen. Dieser an sich sehr zweckdienliche Vorschlag war jedoch in seiner Durchführbarkeit auf Druckgasschalterkonstruktionen beschränkt, die nicht mit typischer Axialbeblasung arbeiten, d. h., bei denen der Lichtbogen nicht durch einen axialen Gasstrom hoher Geschwindigkeit gefesselt gehalten wird. Bei Axialbeblasungsschaltern der obengenannten Art stößt man nämlich auf die Schwierigkeit, daß man, um den Lichtbogen entgegen den starken aerodynamischen Kräften des ihn fesselnden Gasstromes überhaupt drehen zu können, mit sehr starken Magnetfeldern, die sich in der Praxis kaum realisieren lassen, arbeiten müßte. Dieser Schwierigkeit könnte man an sich dadurch entgehen, daß man in der bekannten Weise den Lichtbogenkopf in die aerodynamische Stagnations- oder Totzone hineindrückt, die durch das Entlangströmen des Druckgases an der stromaufwärtigen, d. h. in Strömungsrichtung vor der Düse liegenden Lichtbogenelektrode gebildet wird. In diesem Fall ist jedoch wiederum zu erwarten, daß der in die Totzone hineingedrückte Lichtbogenkopf bis ins Zentrum dieser Zone wandert und sich dort, wo das erzeugte Magnetfeld naturgemäß eine nur schwache lichtbogendrehende Kraft ausübt, unter starker Erhitzung festfrißt, wodurch die Kühlung der Bogenstrecke so-

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wie die Abführung der Bogenbildungsprodukte sehr erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht wird, und außerdem die Gefahr einer Beschädigung des Schalters besteht.

Zweck der Erfindung ist es, diese Schwierigkeit zu beheben und die Anwendung der bekannten Maßnahme der magnetisch erzeugten Drehung des stromaufwärtigen Lichtbogenkopfes auch bei den bekannten vorteilhaften Druckgasschaltera mit Axialbeblasung zu ermöglichen.

Um diese Aufgabe zu lösen, sind erfindungsgemäß bei einem Druckgasschalter der eingangs genannten Art, bei dem der stromaufwärtige Lichtbogenkopf in an sich bekannter Weise durch eine magnetfelderzeugende Einrichtung gedreht wird, Maßnahmen getroffen, um das Einlaufen dieses Lichtbogenkopfes in einen innerhalb der Totzone befindlichen zentralen Bereich des stromaufwärtigen Kontaktes, wo das erzeugte Magnetfeld eine nur schwache lichtbogendrehende Kraft ausübt, zu verhindern. Vorzugsweise geschieht dies dadurch, daß im zentralen Bereich des stromaufwärtigen Kontaktes eine Öffnung vorgesehen ist, durch die entweder ein Hilfsgasstrom gegen die Düsenöffnung geblasen wird oder in der eine Isolierfüllung angeordnet ist.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß einerseits trotz der starken aerodynamischen Kräfte, die der axiale Druckgasstrom auf den Lichtbogen ausübt, dieser, da er in einer strömungsmäßigen Totzone gehalten wird, auch mit einem verhältnismäßig schwachen Magnetfeld kräftig gedreht werden kann und daß andererseits der Lichtbogenkopf bei seiner Drehung nicht in den zentralen Bereich dieser Totzone hineinlaufen kann, da dort z. B. der Hilfsgasstrom durch die mittlere Öffnung geblasen wird oder die diese Öffnung verschließende Isolierfüllung angebracht ist.

Natürlich ist es erwünscht, daß das erzeugte Magnetfeld möglichst nur im Bereich des stromaufwärtigen Lichtbogenkopfes eine kräftige lichtbogendrehende Kraft ausübt, da die stromabwärtige, d. h. in Strömungsrichtung des Druckgasstromes hinter der Düse gelegene Lichtbogenelektrode vom durch die Düse voll beschleunigten Gasstrom beaufschlagt wird und sich daher an ihr nicht so leicht eine strömungsmäßige Totzone, innerhalb der der dortige Lichtbogenkopf mit verhältnismäßig geringem Aufwand an magnetischer Kraft gedreht werden könnte, ausbilden kann. Dort hat vielmehr der Druckgasstrom lediglich die Aufgabe, den Lichtbogen so festzuhalten, daß er nicht weiter stromabwärts laufen und andere Teile des Schalters beschädigen kann, wobei der Gasstrom zugleich für eine entsprechende Kühlung sorgt. Es ist demnach zweckmäßig, dafür Sorge zu tragen, daß die lichtbogendrehende Kraft des Magnetfeldes im wesentlichen auf den Bereich des stromaufwärtigen Lichtbogenkopfes konzentriert wird, da man auf diese Weise mit dem geringstmöglichen Aufwand an magnetischer Energie auskommt bzw. eine unnötige Energieverschwendung vermeidet, die sich sogar nachteilig auswirken könnte, wenn durch eine etwaige auf den stromabwärtigen Lichtbogenkopf ausgeübte magnetische Kraft dieser Lichtbogenkopf aus seiner Fesselung herausgerissen würde.

Zu diesem Zweck, d. h., um das Magnetfeld auf den Bereich des stromaufwärtigen Lichtbogenkopfes zu konzentrieren, kann die magnetfelderzeugende Einrichtung in Form einer Spule im Inneren des

stromaufwärtigen Kontaktes auf einem an den äußeren Stromkreis anschließbaren leitenden Bolzen angeordnet und mit ihrem einen Ende an das vordere Bolzenende und mit ihrem anderen Ende an einen stromaufwärts der Totzone befindlichen Teil des Kontaktes angeschlossen sein. Diese energiesparende Anordnung der magnetfelderzeugenden Einrichtung ergibt sich als vorteilhafte Weiterbildung des Gedankens, den durch den Axialstrom in der strömungsmäßigen Totzone gefesselten stromaufwärtigen Lichtbogenkopf innerhalb dieser Totzone zu drehen, ohne daß er sich dabei im mittleren Bereich derselben festsetzen kann.

Durch diese Rotation des Lichtbogens innerhalb der Totzone werden erhebliche Verbesserungen bezüglich der Geschwindigkeit der dielektrischen Erholung oder Verfestigung der Bogenstrecke beim Stromnulldurchgang erreicht. Obwohl der Gasstrom gewöhnlich verhältnismäßig starke aerodynamische Kräfte auf den Lichtbogen ausübt, sind diese aerodynamischen Kräfte in der Totzone verhältnismäßig gering, so daß durch die magnetische Einwirkung eine kräftige Bewegung des Lichtbogens erzeugt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckgasschalters,

F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt der Stromaufelektrode des Schalters nach F i g. 1,

F i g. 3 einen Schnitt einer anderen Ausführungsform der Stromaufelektrode,

Fig. 4 einen Grundriß einer weiteren Ausführungsform der Stromaufelektrode und

F i g. 5 eine Stirnansicht der Elektrode nach F i g. 4.

F i g. 1 zeigt einen Druckgasschalter eines Typs, wie er in der USA.-Patentschrift 2 783 338 beschrieben ist. Nur die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile des Schalters sind in F i g. 1 gezeigt. Da der Schalter allgemein symmetrisch in bezug auf die Vertikalebene ausgebildet ist und der linke Teil dem rechten Teil im wesentlichen gleicht, ist lediglich der rechte Teil des Schalters im Schnitt gezeigt. Wie in der obengenannten USA.-Patentschrift im einzelnen beschrieben, hat der Schalter ein Gehäuse 12, das normalerweise mit Druckgas gefüllt ist und eine Schaltkammer 11 bildet. Im Inneren der Schaltkammer 11 sind zwei gegeneinander bewegbare Kontakte 14 und 16 angeordnet, die unter Ausbildung eines Lichtbogens im Druckgas innerhalb der Kammer 11 getrennt werden können. Der Kontakt 14 ist ortsfest angeordnet, während der andere Kontakt 16 schwenkbar auf einer festen, stromführenden Drehachse 18 gelagert ist. Wenn der bewegliche Kontakt 16 im Uhrzeigersinn um die Achse 18 aus der in F i g. 1 in ausgezogenen Linien dargestellten Kontaktschließstellung herausgeschwenkt wird, bildet sich in der Zone, wo die Kontakte abgehoben werden, ein Lichtbogen aus. In F i g. 1 zeigen die gestrichelten Linien den beweglichen Kontakt 16 in einer teilweise abgehobenen Zwischenlage, die er nach Ausbildung des Lichtbogens während eines Abschaltvorganges durchläuft.

Der bewegliche Kontakt 16 ist mittels der stromführenden Drehachse 18 auf einem stromleitenden Haltebügel 19 gelagert, der vorzugsweise einstückig mit einem feststehenden Zylinder 32 ausgebildet ist. Der Zylinder 32 ist mit seinem unteren Ende in ge-

eigneter Weise auf einem allgemein zylindrischen eingefangen und gefesselt gehalten, so daß er durch

Gußstück 33 gelagert. Das Gußstück 33 ist mit sei- den Gasstrom nicht weiter stromabwärts geblasen

nem unteren Ende in geeigneter Weise an einem werden kann.

Flansch befestigt, der starr am feststehenden Metall- Für die Steuerung des beweglichen Hauptventils

gehäuse 12 gehaltert ist. 5 40 und des beweglichen Kontaktes 16 ist ein kom-

Um einen Gasstrom für die Löschung des Licht- binierter Betätigungsmechanismus 50 vorgesehen, bogens zu erzeugen, weist das zylindrische Gußstück Dieser Mechanismus 50 ist vorzugsweise in der in der 33 einen normalerweise geschlossenen Ausström- genannten USA.-Patentschrift2 783 338 beschriebenen kanal 36 auf, der von der Schaltkammer ins Freie Weise ausgebildet; seine Einzelheiten sind nicht Geführt. An seinem oberen Ende hat das Gußstück 33 io genstand vorliegender Erfindung, Allgemein gesproeine rohrdüsenförmige Elektrode 38 mit einem Düsen- chen besteht dieser Mechanismus aus einem ventilteil 39 am äußeren Ende, der den Einlaß 37 zum steuernden Kolben 51 und einem kontaktsteuernden Ausströmkanal 36 bildet. Dieser Einlaß 37 wird im Kolben 52, die beide innerhalb des Zylinders 32 anfolgenden als Düsenöffnung bezeichnet. Der licht- geordnet sind. Der Kolben 51 ist über eine in geeigbogenlöschende Gasstrom durch die Rohrdüse 38 15 neter Weise am Ventilkörper 40 festgeklemmte Kol- und den Ausströmkanal 36 wird mit Hilfe eines zy- benstange 54 mit dem beweglichen Ventilkörper 40 lindrischen hin- und hergehenden Haupt- oder Blas- gekuppelt. Der Kolben 52 ist über eine Kolbenstange ventils 40, das am äußeren oder unteren Ende des Aus- 58 und einen an der Kolbenstange befestigten Kreuzströmkanals 36 angeordnet ist, gesteuert. Dieses Ven- kopf 59 mit dem beweglichen Kontakt 16 verbunden, til 40 nimmt normalerweise die in ausgezogenen zo Ein am Kreuzkopf 59 bei 61 und am beweglichen Linien dargestellte geschlossene Stellung ein, in der Kontakt 16 bei 62 angelenkter Verbindungshebel 60 ein Ringflansch 42 an seinem unteren Ende abdich- verbindet den Kreuzkopf 59 mit dem beweglichen tend auf einem ortsfesten Ventilsitz 34 am Gußstück Kontakt 16. Wenn der ventilsteuernde Kolben 51 nach 33 aufsitzt. oben getrieben wird, öffnet er das Ventil 40 und

Während eines Abschaltvorganges wird der beweg- 25 drückt zugleich den kontaktsteuernden Kolben 52

liehe Ventilkörper 40 aus der in ausgezogenen Linien nach oben, so daß dieser den beweglichen Kontakt

dargestellten Schließstellung über eine in F i g, 1 in 16 abhebt.

gestrichelten Linien dargestellte teilweise geöffnete Beim Abheben des Kontaktes 16 bildet sich zu-Zwischenstellung in die Öffnungsstellung bewegt. nächst ein Lichtbogen zwischen den Enden der Kon-Wenn das Ventil 40 geöffnet ist, kann das in der 30 takte 14 und 16 aus. Kurz danach drückt jedoch der Kammer 11 vorhandene Druckgas mit großer Ge- durch die Düsenöffnung 37 geblasene Gasstrom (anschwindigkeit durch die Düsenöffnung 37 und die gedeutet durch die Pfeile B) den stromaufwärtigen Düse 38 sowie über den Ausströmkanal 36 und das Kopf des Lichtbogens auf eine Stromauf elektrode 70, Ventil 40 in die Atmosphäre abströmen, wie durch die elektrisch mit dem feststehenden Kontakt 14 verdie Pfeile B in F i g. 1 angedeutet. Die Art und Weise, 35 bunden ist. Bei andauernder Abhebbewegung des bewie der Gasstrom den Lichtbogen löscht, wird weiter weglichen Kontaktes 16 drückt der Gasstrom den unten ausführlicher beschrieben werden. stromabwärtigen Kopf des Lichtbogens vom beweg-

An seinem oberen Ende umgibt der zylindrische liehen Kontakt 16 auf die Düsenanordnung 39, die Ventilkörper 40 einen vorstehenden, rohrförmigen elektrisch mit dem beweglichen Kontakt 16 verbun-Halter 41, auf dem der Ventilkörper 40 glatt gleitbar 40 den ist. Der Gasstrom bläst sodann den stromist. Der rohrförmige Halter 41 ist am Gußstück 33 abwärtigen Lichtbogenkopf durch die Düsenöffnung vorzugsweise mittels Schrauben oder Bolzen (nicht 37 und die Düse 38 auf das obere Ende des metalgezeigt) unter Festklemmen des Flansches 41a auf lischen Schutzrohres 43. Von hier drückt der Gasder Oberseite des Gußstückes 33 befestigt. Zwischen strom den stromabwärtigen Lichtbogenkopf nach dem beweglichen Ventilkörper 40 und dem unteren 45 unten in die erwähnte Totzone bei der Anströmfläche Ende des Halters 41 ist eine Druckfeder 44 angeord- 48 der Elektrode 45. Der Lichtbogen nimmt sodann net, die den Ventilkörper 40 in der Schließstellung die allgemein bei 46 angedeutete Lage ein. In dieser gegen den Ventilsitz 34 drückt. Lage durchsetzt die Lichtbogensäule die Düsenöff-

Um den Halter 41 und das obere Ende des Ventil- nung 37, wobei der Lichtbogen im Düsenöffnungskörpers 40 vor den schädlichen Wirkungen des Licht- 50 bereich einem axialen Gasstrom hoher Geschwindigbogens zu schützen, ist über diesen Teilen ein in ge- keit ausgesetzt ist. Dieser axiale Gasstrom kühlt und eigneter Weise am Halter 41 befestigtes metallisches entionisiert den Lichtbogen und säubert die Bogen-Schutzrohr 43 angeordnet. An der Außenfläche dieses strecke von Lichtbogenbildungsprodukten, wodurch Rohres ist eine Stromabelektrode 45, vorzugsweise die Wiederzündung des Lichtbogens bereits bei aus hitzebeständigem Metall, befestigt, die radial 55 einem frühzeitigen Stromnulldurchgang verhindert vom Rohr 43 quer in den Weg des Gasstromes durch wird. Die Stromabelektrode 45 und die Stromaufden Kanal 36 vorsteht. Wie weiter unten deutlicher elektrode 70 sind so angeordnet, daß die Lichtbogenwerden wird, wird während eines Abschaltvorganges länge und die Lage des Lichtbogens im Hinblick auf der stromabwärtige Lichtbogenkopf auf diese Elek- eine sehr schnelle Löschung optimal sind. Das heißt, trode 45 übertragen, woraufhin der Lichtbogen un- Go in dieser Lage ist der Lichtbogen am leichtesten gefähr die bei 46 angedeutete Lage einnimmt. Die löschbar.

Stromabelektrode ist vorzugsweise in der in der Es ist allgemein bekannt, daß die Fähigkeit eines USA.-Patentschrift 2 897 324 beschriebenen Weise so Schalters, das Wiederzünden des Lichtbogens beim ausgebildet, daß sie eine nichtstromlinienförmige An- Stromnulldurchgang zu verhindern, von der Geströmfläche 48 hat, wobei der Gasstrom stromauf- 65 schwindigkeit der dielektrischen Verfestigung der wärts dieser Fläche 48 eine Stagnations- oder Tot- Bogenstrecke unmittelbar nach dem Abreißen des zone bildet. Der Kopf des Lichtbogens 46 wird bei Lichtbogens im Stromnulldurchgang abhängt. Je Erreichen der Elektrode 45 innerhalb der Totzone schneller die Bogenstrecke sich verfestigt, desto ge-

ringer wird die Möglichkeit des Wiederzündens und desto besser werden folglich die Aussichten einer endgültigen Ausschaltung bei dem betreffenden Stromnulldurchgang.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß die Geschwindigkeit der Verfestigung der Lichtbogenstrecke erheblich gesteigert werden kann, wenn man den stromaufwärtigen Lichtbogenkopf um einen Mittelpunkt auf der Abströmfläche der Stromaufelektrode 70 in an sich bekannter Weise rotieren läßt. Die den Lichtbogen rotierende magnetische Kraft wird von einer Spule 80 erzeugt, die elektrisch mit der Elektrode 70 in Reihe geschaltet und hinter der Abströmfiäche der Elektrode 70 angeordnet ist. Diese Spule 80 umgibt einen leitenden Bolzen 82, der den elektrischen Strom zur Stromaufelektrode leitet. Das linke Ende der Spule 80 ist elektrisch mit dem freien Ende des Bolzens 82 verbunden, während das rechte Ende der Spule elektrisch mit der Elektrode 70 an deren rückwärtigem Ende verbunden ist. Eine geeignete Isolation 72 sorgt dafür, daß der die Elektrode 70 durchfließende Strom die Spule 80 oder eine ihrer Windungen nicht umgehen kann.

Die Elektrode 70 ist becherförmig mit einer Kappe 84 an ihrem rückwärtigen Ende, an die das rechte Ende der Spule 80 angeschlossen ist, ausgebildet. Die Elektrode 70 hat eine die Spule 80 umgebende rohrförmige Wandung 85 und einen konvexen oder gewölbten Vorderteil 86 aus lichtbogenfestem, hitzebeständigen Metall, der mit der rohrförmigen Wandung verlötet ist. Der Vorderteil 86 hat in der Mitte eine Öffnung 87, und die Wandung 85 ist radial von Öffnungen 88, die in Verbindung mit der Mittelöffnung 87 stehen, durchsetzt. Wenn das Hauptventil 40 des Schalters bei 42 in der bereits beschriebenen Weise geöffnet wird, fließt die Druckluft oder das Druckgas in die Düsenöffnung 37 nicht nur über die durch die Pfeile B angedeuteten Wege, sondern auch über Wege, die durch die Öffnungen 88 radial einwärts und sodann in Axialrichtung der Elektrode 70 durch die Mittelöffnung 87 in die Lichtbogenstrecke führen. Dieser Hilfsgasstrom durch die Öffnung 87 verhindert, daß der Lichtbogenkopf in die Mittelöffnung 87 eintritt und im Inneren der Elektrode festen Fuß fassen kann.

Wenn der stromaufwärtige Lichtbogenkopf in der bereits beschriebenen Weise vom feststehenden Kontakt 14 auf die Elektrode 70 übersetzt, wird er von dem die Elektrode 70 umhüllenden Hauptgasstrom gegen das vordere Ende der Elektrode gedrückt. Der elektrische Strom fließt sodann durch die Spule 80, da diese elektrisch in Serie mit dem Lichtbogen liegt. Dieser Stromfluß durch die Spule 80 erzeugt ein Magnetfeld, das allgemein radial oder quer zur Mittelöffnung 87 im Bereich des Vorderteils 86 der Elektrode verläuft. Die ungefähre Gestalt dieses Magnetfeldes ist durch die gestrichelten Kraftlinien M (F i g. 2) veranschaulicht, die von der Mittelöffnung 87 aus in dem an die Vorderseite der Elektrode 70 angrenzenden Bereich radial nach außen verlaufen. Dieses magnetische Querfeld erzeugt zusammen mit dem örtlichen, den Lichtbogen umgebenden Feld eine radial wirkende magnetische Kraft, die den stromaufwärtigen Lichtbogenkopf in Rotation um die Mittelöffnung 87 setzt.

Die Anwendung der magnetischen Lichtbogendrehung bei Druckluftschaltern oder Druckgasschaltern mit Axialbelastung wurde bisher kaum erwogen,

und zwar hauptsächlich deshalb, weil man allgemein annahm, daß die in der Praxis erzeugbaren magnetischen Kräfte gegenüber den bei einem derartigen Schalter vorherrschenden starken aerodynamischen Kräften so gering sind, daß eine derartige magnetische Anordnung praktisch wertlos sein würde. Dabei hat man jedoch die wichtige Tatsache übersehen, daß man, obwohl der Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit an der Elektrode entlangfließt, den Lichtbogenkopf in einer Stagnationszone oder Totzone, in der die auf den Lichtbogen ausgeübten aerodynamischen Kräfte verhältnismäßig schwach sind, einfangen kann. Wenn sich der Lichtbogenkopf in einer derartigen Zone schwacher aerodynamischer Kraft befindet, reicht eine verhältnismäßig geringe magnetische Kraft aus, den Lichtbogenkopf in Bewegung zu setzen. Bei der gezeigten Ausbildung der Elektrode 70 ergibt sich eine derartige Totzone in dem die Mittelöffnung 87 der Elektrode 70 unmittelbar umao gebenden Bereich. Diese Totzone ist in F i g. 2 bei 90 angedeutet. In dieser Zone bewegt sich das Gas mit geringer Geschwindigkeit in großangelegten Wirbeln, wie durch die geschlossenen Schleifen 91 angedeutet. Der den Wegen B folgende Gasstrom drückt den stromaufwärtigen Lichtbogenkopf in diese Totzone, wo er durch den die Totzone eingrenzenden Gasstrom gefangen gehalten wird. Während der stromaufwärtige Lichtbogenkopf auf diese Weise in der Totzone 90 eingefangen ist, dreht das radiale Magnetfeld den Lichtbogenkopf in der beschriebenen Weise um die Mittelöffnung 87.

Wichtig ist, daß dafür gesorgt wird, daß der stromaufwärtige Lichtbogenkopf vom mittleren Bereich der Stromaufelektrode ferngehalten wird. Dies ist deshalb erforderlich, weil im mittleren Bereich das durch den Strom in der Spule 80 erzeugte Magnetfeld praktisch keine radiale Komponente hat. Vielmehr ist das Magnetfeld in diesem mittleren Bereich fast gänzlich axial gerichtet. Ein Lichtbogen, der mit seinem Kopf in diesem mittleren Bereich aufsitzt, könnte daher durch das Magnetfeld nur wenig oder gar nicht gedreht werden. Folglich würden die aus der Lichtbogendrehung resultierenden Vorteile weitgehend verlorengehen, wenn man es zuließe, daß der Lichtbogenkopf sich in diesem Bereich festsetzt. Die Tatsache, daß sich in diesem Mittelbereich die Öffnung 87 befindet und insbesondere daß diese Öffnung von einem Gasstrom durchströmt wird, verhindert, daß der Lichtbogen in diesem Bereich festhängt, so daß die Vorteile der magnetischen Lichtbogendrehung erhalten bleiben.

F i g. 3 veranschaulicht einen anderen Lösungsvorschlag, durch den ein Festsetzen des stromaufwärtigen Lichtbogenkopfes im Mittelbereich der Stromaufelektrode verhindert wird. Bei dieser Ausführungsform ist im Mittelbereich der Elektrode ebenfalls eine Mittelöffnung 87 vorgesehen, die jedoch nicht von einem Gasstrom durchströmt wird, sondern mit einem Einsatz oder Pfropfen 100 aus lichtbogenfestem Isoliermaterial gefüllt ist. Ein hierfür geeignetes Isoliermaterial ist das unter der Handelsbezeichnung »Teflon« bekannte Polytetrafluoräthylen. Da sich im mittleren Bereich kein leitendes Metall, an dem der Lichtbogenkopf ansetzen kann, befindet, bleibt der Lichtbogenkopf in dem radial außerhalb der Isolierfüllung 100 befindlichen Teil der Totzone. Im übrigen ist die in F i g. 3 gezeigte Elektrode im wesentlichen gleich ausgebildet wie die

Claims

entsprechende Elektrode in F i g. 1 und 2. Entsprechende Teile dieser beiden Ausführungsformen sind daher mit jeweils gleichen Bezugsnummern bezeichnet. Zu beachten ist, daß die Stromaufelektrode 70 hohl ausgebildet ist und daß der Stromweg durch die Elektrode nach dem darauf ansetzenden Lichtbogenkopf von letzterem zum rückwärtigen Ende der Elektrode verläuft. Dieser Stromweg bildet zusammen mit dem durch den Lichtbogen auf der Elektrode führenden Stromweg eine Schleife, die, wenn der Lichtbogenkopf auf der Elektrode an einem Punkt außerhalb der Totzone ansetzt, in Richtung der Totzone gebogen ist. Dies trägt in wünschenswerter Weise dazu bei, daß der Lichtbogenkopf in die Totzone hineingedrückt wird, wo er dann in der beschriebenen Weise gedreht werden kann. Wenn sich der Lichtbogenkopf in der Totzone befindet, hat die erwähnte Stromschleife normalerweise das Bestreben, den Bogenkopf gegen die Mitte der Totzone, wo die bogendrehende Kraft gering ist, zu drücken. Durch den Hilfsgasstrom in F i g. 2 bzw. die Isolierfüllung 100 in F i g. 3 wird jedoch verhindert, daß der Lichtbogenkopf die Mitte erreicht, so daß die gewünschte Lichtbogendrehung sichergestellt ist. Zu beachten ist, daß die lichtbogendrehende Einrichtung nur im unmittelbaren Bereich des stromaufwärtigen Lichtbogenkopfes wirksam ist. Infolge dieser Lokalisierung hat das Magnetfeld M eine verhältnismäßig starke Radialkomponente lediglich in dem unmittelbar an die Stromaufelektrode angrenzenden Bereich. An weiter stromabwärtigen Stellen ist diese Radialkomponente der magnetischen Kraft verhältnismäßig schwach. Die radiale Magnetfeldkomponente greift daher hauptsächlich an den unmittelbar an die Stromaufelektrode angrenzenden Teil des Lichtbogens an. Folglich besteht kaum die Möglichkeit, daß die radiale Magnetfeldkomponente den stromabwärtigen Lichtbogenkopf aus seiner Fesselung an die Stromabelektrode herausdrückt. Dies ist deshalb erwünscht, weil der stromabwärtige Lichtbogenkopf, wenn er sich von seiner Fesselung befreien könnte, durch den Gasstrom weiter stromabwärts geblasen würde und dadurch möglicherweise eine Beschädigung wichtiger Teile des Schalters ver-Ursachen könnte. F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Stromauf elektrode 70, die allgemein der Ausf ührungsform nach F i g. 2 entspricht, von letzterer jedoch insofern abweicht, als die Elektrode Schlitze 107 und einen Einsatz 105 aus lichtbogenfestem, hitzebeständigem Metall aufweist. Der Einsatz 105 ist im gleichen Winkel wie das vordere Ende des feststehenden Kontaktes 14 angeordnet, so daß er in der Lage ist, den stromaufwärtigen Lichtbogenkopf bei dessen Übertragung auf die Stromaufelektrode aufzunehmen. Dieser Einsatz 105 bildet für den stromaufwärtigen Lichtbogenkopf einen Weg, der von dem Punkt, wo der Lichtbogenkopf zunächst an der Elektrode 70 ansetzt, zum vorderen Teil 86 der Elektrode führt. Als Material für den Einsatz 105 verwendet man vorzugsweise ein Kupfer-Wolfram-Gemisch, wie es etwa unter der Handelsbezeichnung »Elkonite« auf dem Markt erhältlich ist; der restliche Teil der rohrförmigen Wandung 85 der Stromaufelektrode ist aus einem hochleitenden, jedoch weniger warmfesten Material, beispielsweise Kupfer, gefertigt. Die Schlitze 107 verlaufen in Längsrichtung der rohrförmigen Elektrodenwandung 85, und der Einsatz 105 wird von zwei angrenzenden Schlitzen eingefaßt. Diese Schlitze durchsetzen außerdem die gesamte radiale Dicke der Wandung 85. Zweck der Schlitze 107 ist es, den größten Teil des durch die Elektrode 70 zum Lichtbogenkopf auf dem Einsatz 105 fließenden Stromes auf Wege (beispielsweise 110) zu zwingen, die lediglich durch den Einsatz 105 und von der Rückseite der Elektrode an den Lichtbogen heranführen. Indem der Strom auf solche Wege gezwungen wird, bildet der Gesamtstromweg durch den Lichtbogen und über die Wege 110 eine schärfer definierte, gegen die Vorderfläche der Elektrode gebogene Schleife. Dies hat eine stärkere, den Lichtbogen gegen die Vorderfläche der Elektrode drückende magnetische Kraft zur Folge. Zusätzlich wirken die Schlitze 107 dahingehend, daß sie den Stromfluß nach dem Lichtbogenkopf über in Umfangsrichtung der Elektrode 70 verlaufende Wege blockieren, wodurch die Neigung des Lichtbogens, um den Umfang der Elektrode herum zur Vorderfläche 86 zu laufen, verringert wird. Dadurch, das der Lichtbogen gezwungen wird, über einen auf den lichtbogenfesten Einsatz 105 beschränkten Weg sehr schnell zur Vorderfläche 86 der Elektrode 70 zu laufen, wird erreicht, daß die weniger hitzebeständigen Teile der Elektrode dem Lichtbogen in erheblich geringerem Maß zugesetzt sind und die Gefahr übermäßiger Lichtbogenerosion sich verringert. Die Erfindung läßt sich in verschiedener Hinsicht abwandeln und anders ausgestalten und ist daher nicht auf die vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten speziellen Ausführungsformen beschränkt. Patentansprüche:

1. Elektrischer Druckgasschalter mit den Kontakten zugeordneten, im festen .Abstand gegenüberstehenden Lichtbogenelektroden, an denen der Unterbrechungslichtbogen durch Axialbeblasung mit Hilfe einer zwischen den Lichtbogenelektroden fest angeordneten Düse gelöscht wird, bei dem ein Teil des Druckgasstromes unmittelbar an der einen, in Strömungsrichtung des Druckgasstromes vor der Düse liegenden, becherförmig ausgebildeten Lichtbogenelektrode entlangströmt und sich von der Kontaktoberfläche in einem gegen die Düsenöffnung gerichteten Bereich unter Bildung einer strömungsmäßigen Totzone ablöst, innerhalb welcher der stromaufwärtige Lichtbogenkopf festgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der stromaufwärtige Lichtbogenkopf in an sich bekannter Weise durch eine magnetfelderzeugende Einrichtung gedreht wird und daß Maßnahmen getroffen sind, um das Einlaufen dieses Lichtbogenkopfes in einen innerhalb der Totzone (90) befindlichen zentralen Bereich (87) des stromaufwärtigen Kontaktes (70), wo das erzeugte Magnetfeld (M) eine nur schwache lichtbogendrehende Kraft ausübt, zu verhindern.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Öffnung (87) im zentralen Bereich des stromaufwärtigen Kontaktes (70) ein Hilfsgasstrom gegen die Düsenöffnung (37) geblasen wird (Fig. 2).

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