DE1276165B

DE1276165B - Lichtbogenloeschkammer fuer elektrische Schaltgeraete

Info

Publication number: DE1276165B
Application number: DEL38244A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl-Ludwig Gessner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1961-02-20
Filing date: 1961-02-20
Publication date: 1968-08-29
Also published as: CH399564A; US3192348A; GB951512A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. CL:

HOIh

Deutsche Kl.: 21 c - 35/06

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 76 165.8-34 (L38244)

20. Februar 1961

29. August 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogenlöschkammer für elektrische Schaltgeräte, z. B. Schütze, mit quer zum Lichtbogen angeordneten elektrisch leitenden Löschblechen, durch die der zwischen den Blechen brennende Lichtbogen in Teillichtbögen aufgeteilt wird. Wenn eine derartige Lichtbogenlöschkammer in einem Schalter für Wechselstrom angewendet wird, so erlischt beim natürlichen Nulldurchgang des Wechselstromes der Lichtbogen, sofern die durch die Löschbleche bewirkte Kühlung und Entionisierung der Lichtbogengase die Schaltstrecke wieder verfestigt ist. Derartige Löschkammern sind um so wirksamer, je mehr Löschbleche sie enthalten und je geringer der Abstand zwischen den einzelnen Blechen ist.

Die Schwierigkeit besteht bei derartigen Löschblechkammern darin, den Lichtbogen schnell und sicher in die Löschblechanordnung hineinzutreiben. Je zahlreicher die Bleche und je enger der Abstand zwischen den Löschblechen ist und keine besonderen Mittel zur Beblasung des Lichtbogens angewendet werden, wird der Lichtbogen kaum in das Löschblechpaket eintreten und dort Fußpunkte bilden. Der Lichtbogen bleibt häufig lange vor dem Löschblechpaket stehen, so daß eine sichere Löschung nicht immer gewährleistet ist. Außerdem entsteht in diesem Fall ein starker Abbrand der Löschblechkanten, wodurch die Löschkammer vorzeitig unbrauchbar wird.

Es ist bei Lichtbogenlöschkammern mit isolierenden sogenannten Sperrplatten bekannt, durch Lochungen parallel brennende Lichtbögen zu erzwingen, ebenso hat man bei diesen Sperrplatten keilförmige Ausschnitte vorgesehen, die bewirken sollen, daß der Lichtbogen eingeengt wird. Durch derartige Anordnungen läßt sich eine Erhöhung der Lichtbogenspannung, und zwar bezogen auf die ganze Lichtbogenlänge, erzielen. Bei der Erfindung hingegen handelt es sich um Lichtbogenlöschanordnungen mit elektrisch leitenden Löschplatten (sogenannten Löschblechen), bei denen es darauf ankommt, daß der Lichtbogen auf den Löschblechen Fußpunkte bildet, also in Teillichtbögen von Blech zu Blech brennt.

Für die Fußpunktbildung ist wiederum der Kathoden- bzw. Anodenfall der jeweiligen Lichtbogenstrecke maßgeblich. Für die Spannungsverfestigung, die besagt, daß ein Lichtbogen in der von ihm bis zur Bildung des Fußpunktes durchlaufenden Strecke nicht wiederzünden kann, ist es notwendig, diese Strecke so weit zu kühlen, daß sie hinreichend entionisiert wird, so daß der Licht-Lichtbogenlöschkammer für elektrische
Schaltgeräte

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

6000 Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Karl-Ludwig Gessner, 6100 Darmstadt

bogen spätestens beim Nulldurchgang erlischt und bei der im Nulldurchgang folgenden Halbwelle nicht wieder zündet.

Zur Erleichterung des Einlaufes des Lichtbogens in das Löschblechpaket und zur Erreichung der

ao erforderlichen Lichtbogenspannung hat man die Löschbleche mit einem keilförmigen Einschnitt versehen. Bei dieser Form wird die zur Fußpunktbildung notwendige Spannung dadurch erreicht, daß der Querschnitt des in den Schlitz oder Einschnitt hineinlaufenden Lichtbogens eingeengt wird. Zusammen mit der Kühlung durch die Bleche ergibt die Querschnittsverengung, wenn der Bogen am Schlitzende angekommen ist, über das eingeengte Lichtbogensäulenteil hinweg einen für Fußpunktbildung ausreichenden Spannungsabfall. Bei den mit keilförmigen Einschnitten versehenen Blechen kommt es jedoch zu Wiederzündungen in dem Einschnitt. Der Raum in dem vom Bogen gerade durchlaufenden Schlitzanfang ist noch so weitgehend ionisiert, daß die Spannungserhöhung des am Schlitzende angelangten Bogens zu einem Wiederzünden am breiten Schlitzanfang ausreicht, wodurch der bereits hineingelaufene Lichtbogen erlischt und die Lichtbogenspannung zusammenbricht. Der Einlaufvorgang kann sich auf diese Art mehrmals wiederholen, die Lichtbogenlöschung und damit endgültige Abschaltung wird dadurch verzögert und der Abbrand der Löschblechkanten erhöht.

Die Erfindung löst die Aufgabe, eine Löschblechanordnung zu schaffen, in die der Lichtbogen leicht einlaufen kann, ferner eine rasche Fußpunktbildung durch die schnelle Erreichung der hierzu notwendigen Brennspannung zu ermöglichen und schließlich durch intensive Kühlung der hinter dem Lichtbogenkern herziehenden ionisierten Gase eine Wiederzündung in dem bereits durchlaufenen Lichtbogenpfad zu verhindern.

809 598/395

Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Erleichterung von Lichtbogeneinlauf und Fußpunktbildung auf den Löschblechen im Lichtbogenweg gleichartige Aussparungen der Bleche mit fortschreitend reduziertem Öffnungsquerschnitt angeordnet sind, derart, daß der verbleibende Blechquerschnitt zur besseren Kühlung und Entionisierung der hinter dem Lichtbogen herziehenden ionisierten Gase in Richtung der Lichtbogenbewegung vergrößert wird. Es bleibt zwischen den Aussparungen, die z. B. Löcher sein können, ein entsprechendes Metallgitter stehen, was die Kühlung begünstigt.

Der Lichtbogen brennt nach Erreichen der Löschbleche in parallelen Ästen durch mehrere Löcher hindurch. Mit dem weiteren Hineinwandern des Lichtbogens in die Löschblechpaketanordnung vermindert sich die Zahl bzw. der Querschnitt der dem Lichtbogen zum Hindurchtreten zur Verfügung stehenden Aussparungen. Die Spannung steigt infolge Kühlung und Querschnittsverminderung an, bis schließlich der Spannungsabfall der Lichtbogensäule längs der von der Aussparung erzeugten Engestelle die Summe von Kathoden- und Anodenfall erreicht und der Lichtbogen auf dem Blech Fußpunkte bildet.

Durch die Verbindung guter Einlaufeigenschaften mit großer Sicherheit gegen Wiederzündungen ist die erfmdungsgemäße Lichtbogenlöschkammer den bekannten Kammern überlegen, insbesondere bei Schaltgeräten, die keine zusätzliche Beblasung des Lichtbogens durch Blasspulen oder andere Hilfsmittel besitzen.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in dem der vom Lichtbogen zurückgelegte Weg s, die Lichtbogenspannung U_B und die Lichtbogenleistung P über der Zeit t aufgetragen sind. Das Diagramm gilt für eine Lichtbogenlöschkammer mit üblichen rechteckigen Löschblechen gemäß F i g. 1 a;

F i g. 2 zeigt den Verlauf der gleichen Größen in Abhängigkeit von der Zeit für die gleiche Lichtbogenlöschkammer, aber mit den erfindungsgemäß gelochten Blechen nach Fig. 2a. Bei beiden Diagrammen ist konstanter Lichtbogenstrom angenommen worden.

Es ist folgendes zu erkennen. Fig. 1: Der Lichtbogen läuft magnetisch getrieben auf das Löschblechpaket zu und erreicht die Löschblechkanten zum Zeitpunkt t_v Er verharrt dort bis zum Zeitpunkt t₂. Die Wegzeitlinie s — f(t) verläuft daher waagerecht. Die Lichtbogenspannung U_B steigt während dieser Zeit an, da sich der Lichtbogen durch Hineinbiegen in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Blechen verlängert und weil er Wärmeenergie an die Bleche abgibt. Im gleichen Maß wie die Spannung U_B steigt auch die im Lichtbogen umgesetzte Leistung P. Die Fläche F₁₂ ist die während der Verharrzeit vor den Blechen im Lichtbogen umgesetzte Energie, die für den starken Abbrand an den Blechvorderkanten verantwortlich ist.

Zum Zeitpunkt t₂ haben sich auf den Blechen Fußpunkte gebildet, und die Teillichtbögen wandern weiter. Bei dem bei dieser Blechform häufigen Fall, daß es überhaupt nicht zu einer Aufteilung des Lichtbogens kommt, dauert der Zeitabschnitt t_t bis t₂ bis zum Nulldurchgang des Stromes, so daß die Fläche F₁₂, d. h. die Energieabgabe an die Bleche und dadurch deren Abbrand noch größer werden.

F i g. 2: Die Verharrzeit t_x bis t₂ an den Blechvorderkanten ist nur sehr kurz. Da der Bogen sich bei siebartig gelochten Blechen nicht mehr durch Herumbiegen um die Blechvorderkanten zu verlängern braucht, sind die Spannung U_B und der Leistungsumsatz P noch niedrig. Der Energieumsatz vor dem Blechpaket, dargestellt durch die Fläche F₁₂,

ίο bleibt daher sehr klein. Es tritt kein Abbrand der Blechkanten mehr auf.

Von t₂ bis i₃ brennt der Lichtbogen durch die Löcher hindurch, wobei er stetig in kleinere Lochquerschnitte weiterwandert. Durch die Querschnittsverminderung des Bogens steigen Spannung und Leistung an, bis der Bogen zum Zeitpunkt i₃ auf den Blechen Fußpunkte bildet und weiterläuft.

Der Energieumsatz während des Wanderns über die Lochreihen wird dargestellt durch F₂₃. Dieser Energieumsatz führt jedoch nicht zu einer Blechbeschädigung, weil der Bogen dabei ständig weiterläuft und immer neue Blechstellen überstreicht.

F i g. 3 bis 7 zeigen einige mögliche Ausführungsformen der Erfindung. Die z. B. aus Eisen bestehen- den Löschbleche 1 sind an ihrer dem einlaufenden Lichtbogen zugekehrten Seite 2 mit einer siebartigen Lochung versehen, durch deren Löcher 3 der Lichtbogen in parallelen Ästen hindurchbrennen kann. Die Löcher 3 sind dabei nach Anzahl und/oder Lochquerschnitt so verteilt, daß dem Lichtbogen bei seiner Wanderung in Pfeilrichtung zum Hindurchtreten durch die Löcher ein sich stufenweise vermindernder Lochquerschnitt zur Verfügung steht. Die Lochung kann im Grenzfall aus einem einzigen Loch in Form eines Dreiecks bestehen (Fig. 7).

Das zwischen den Löchern stehengebliebene Blechmaterial bewirkt eine gute Entionisierung des hinter dem eigentlichen Lichtbogen zurückbleibenden ionisierten Gasschweifes, so daß Rückzündungen in dem vom Lichtbogen bereits durchwanderten Raum nicht mehr auftreten. Bei den üblichen relativ dünnen Löschblechen ist es zweckmäßig, die Querschnittsfläche der Löcher etwa gleich der Fläche des zwischen den Löchern stehengebliebenen Löschblechmaterials zu machen.

F i g. 8 schließlich zeigt schematisch im Schnitt ein Ausführungsbeispiel mit einer vorzugsweise verwendeten Löschblechpaketanordnung. Der Übersichtlichkeit halber sind nur einige Löschbleche eingezeichnet worden. Die Löschbleche 4 besitzen die erfindungsgemäße Lochung. Die Löcher sind mit 3 bezeichnet. Die dem Lichtbogen abgewendeten Enden 5 aller Löschbleche sind um etwa 180° umgebogen. Die Stege 6 zwischen den beiden parallelen Schenkeln der Löschbleche sind mit Abzugsöffnungen 7 versehen. Diese Ausführungsform der Löschbleche ist außerordentlich zweckmäßig. Durch die Lochung wird ein sicheres und schnelles Eintreten des Lichtbogens in die Löschblechpaketanordnung erreicht. Sowie der Lichtbogen auf die kurzen Schenkel 5 der Löschbleche trifft, wird seine rasche Wanderung durch elektrodynamische Gegenbeblasung gebremst und das Herausschlagen des Lichtbogens aus der Löschkammer verhindert. Die Abzugsöffnungen 7 und die engen Spalte 8 zwischen den Enden der Bleche sorgen für eine rasche Wiederverfestigung des Kammerraumes und verhin-

dem eine Wiederzündung des Lichtbogens nach seinem natürlichen Verlöschen im Nulldurchgang.

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtbogenlöschkammer für elektrische Schaltgeräte mit quer zum Lichtbogen angeordneten elektrisch leitenden Löschblechen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erleichterung von Lichtbogeneinlauf und Fußpunktbildung auf den Löschblechen im Lichtbogenweg gleichartige Aussparungen der Bleche mit fortschreitend reduziertem Öffnungsquerschnitt angeordnet sind, derart, daß der verbleibende Blechquerschnitt zur besseren Kühlung und Entionisierung der hinter dem Lichtbogen herziehenden ionisierten Gase in Richtung der Lichtbogenbewegung vergrößert wird.

2. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der dem in die Kammer einlaufenden Lichtbogen zugewendeten Seiten der Löschbleche derartig mehrfach gelocht sind, daß die durch die Löcher gegebene, dem Lichtbogen zum Hindurchtreten zur Verfügung stehende Öffnungsfläche in Lichtbogenlaufrichtung abnimmt.

3. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine in Lichtbogenlaufrichtung abnehmende Anzahl von Löchern.

4. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch mehrere in Lichtbogenlaufrichtung angeordnete Reihen von Löchern mit mindestens je einem Loch mit in Laufrichtung abnehmendem Öffnungsquerschnitt.

5. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher Dreieckform besitzen, wobei die Spitze des Dreiecks in Lichtbogenlaufrichtung zeigt.

6. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle einer Mehrfachlochung nur eine einfache Lochung in Form eines mit seiner Spitze in Lichtbogenlaufrichtung angeordneten Dreiecks vorgesehen ist.

7. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 5 und 6, gekennzeichnet durch in die dreieckförmige Aussparung hineinragende Ansätze (9).

8. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Löcher und die Fläche des zwischen den Löchern stehengebliebenen Löschblechmaterials annähernd gleich sind.

9. Lichtbogenlöschkammer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der dem einlaufenden Lichtbogen abgewendeten Seiten der Löschbleche in Richtung auf den einlaufenden Lichtbogen umgebogen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 256 517, 591597, 741, 1005 592, 1011034, 1020 396;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1027 280,
281;

britische Patentschriften Nr. 738 674, 738 730;

USA.-Patentschriften Nr. 1868 442, 2030 582, 360, 2 616 000, 2707 218, 2724754, 2769006.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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