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Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöschkammer für elektrische
Schaltgeräte gemäß Patentanmeldung P 12 76165.8-34 (deutsche Auslegeschrift
1276 165)
mit quer zum Lichtbogen angeordneten, elektrisch leitenden Löschblechen,
auf denen zur Erleichterung des Einlaufens des Lichtbogens und der Fußpunktbildung
Aussparungen in Form einer Lochreihe mit in Lichtbogenlaufrichtung abnehmendem Öffnungsquerschnitt
angeordnet sind. Durch diese Ausbildung der Löschbleche wird erreicht, daß eine
starke Erhöhung der Lichtbogenspannung bei gleichzeitiger Entionisierung der Einlaufstrecke
zur Erzwingung von Fußpunktbildung auf den Löschblechen erfolgt.
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Zur Erzielung besonders günstiger Bedingungen für den Einlauf, die
Fußpunktbildung und die Löschung des Lichtbogens ergeben sich gemäß .der weiteren
Erfindung bestimmte Dimensionierungsvorschriften, derart, daß die Lochdurchmesser
d dem in Strombereiche aufgeteilten Strom I und der verwendeten Löschblechdicke
s nach der Formel
angepaßt sind, und daß der Stegabstand zwischen diesen Löchern nicht kleiner als
1 mm und nicht größer als 3 mm sein soll.
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Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden nachfolgend an Hand
der Zeichnung beschrieben.
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In F i g. 1 der Zeichnung ist der Lichtbogenverlauf an zwei normalen
Rechteckblechen 1 und 2 gezeigt. 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. Beim natürlichen Nulldurchgang
des Wechselstromes erlischt der Lichtbogen. Die Sofortverfestigung der Bogenstrecke
ist proportional der Anzahl der Teillichtbögen bzw. der Löschbleche. Die Löschblechkammern
sind demnach um so wirksamer, je mehr Löschbleche sie enthalten. Damit wird jedoch
der Abstand zwischen den Blechen bei gegebenen Baumaßen geringer. Stehen die Löschbleche
sehr eng, so kommt es nicht zu einer ausreichenden Lichtbogenverlängerung. Zwischen
den sich schon ausgebildeten Verlängerungen erfolgen Überschläge, wie es durch
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angedeutet wird. Die Lichtbogensäule wird wieder verkürzt und bleibt vor
den Blechen stehen.
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F i g. 2 zeigt ein gelochtes Löschblech, der jeweilige Lochdurchmesser
ist mit d, die Dicke des Bleches mit s
bezeichnet. Das Bezugszeichen
5 deutet die Abstände zwischen den Löchern einer Reihe an. Bei gelochten Blechen
geht der Einlaufvorgang so vor sich, daß der magnetisch vorwärts getriebene Bogenkanal
zeitlich nacheinander durch die enger werdenden Löcher hindurchbrennt, dabei immer
mehr gekühlt und eingeschnürt wird, bis die Spannung an der Engstelle zur Fußpunktbildung
ausreicht. Wie aus Messungen und Versuchen hervorgeht, benutzt der Lichtbogen nicht
mehrere aufeinanderfolgende Löcher gleichzeitig durch Aufspaltung in parallele Äste,
was sicher ein Zurückweichen des Bogens in den größten Querschnitt zur Folge hätte,
sondern konzentriert sich in einem Loch, wobei es dann durch Weiterbewegung der
Lichtbogensäule zu beiden Seiten des Bleches zum Durchzünden im nächsten Loch kommt.
Der Strom steigt hier in gleichem Maße an, wie er in dem nun weiter zurückliegenden
Loch abnimmt und infolge der guten Kühlung und Entionisierung bald verschwindet.
Die hinter dem durch ein oder zwei Löcher brennenden Bogenkern zurückhängenden Gaswolken
werden durch die zwischen den Löchern befindlichen Stege getrennt und entionisiert.
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Rückzündungen treten wenig auf und sind, wenn sie auftreten, leichterer
Art, weil sie nicht bis zum Aussparungsanfang (also größtes Loch), sondern nur in
ein gerade durchlaufenes Loch zurück erfolgen. Die anderen Löcher sind schon zu
gut entionisiert. Die Folge ist dann nur ein geringfügiger Spannungszusammenbruch
und nur ein kurzer, nochmals zu durchlaufender Weg.
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Wesentlich für ein derartiges Lochblech ist jedoch,. daß für jeden
Strombereich ein passender Lochquerschnitt vorhanden sein muß, der den Bogen so
weit einengt, daß Fußpunkte gebildet werden können. Versuche führten zur Erstellung
der F i g. 3.
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In F i g. 3 ist angegeben, bei welchen Lochdurchmessern Lichtbögen
verschiedener Stromstärke infolge genügender Einengung Fußpunkte bilden können.
Parameter ist dabei die Blechdicke s. F i g. 3 zeigt, daß bei einem dickeren Blech
der Lichtbogen auf größerer Länge eingeengt wird und man demzufolge bei dickeren
Blechen schon bei größeren Lochquerschnitten Fußpunktbildungen erreicht.
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Unterhalb der dargestellten Grenzkurven in Vollstrich (Versuche) ist
der Lochquerschnitt für den jeweiligen Bogenstrom zu klein, der Lichtbogen brennt
nicht mehr durch das vorgewiesene Loch, sondern hat Fußpunkte auf dem Blech. Oberhalb
der Kurven ist der Lichtbogen ungenügend eingeschnürt, der erzielte Spannungsabfall
reicht nicht zur Fußpunktbildung aus.
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Aus diesen Grenzkurven läßt sich die erfindungsgemäße Dimensionierungsformel
zu
ableiten, wobei I in Ampere und die Blechdicke s in Millimeter einzusetzen ist.
Die gute Übereinstimmung mit den in Versuchen erhaltenen Meßwerten (Vollstrich)
zeigen die gestrichelten Kurven nach der Rechnung (F i g. 3).
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An Hand eines Beispieles soll die Anwendung der erhaltenen Formel
für die Praxis beschrieben werden. Dazu wird ein Lichtbogen von beispielsweise 2000
A in drei Bereiche für Ströme zwischen 500 und 800 A aufgeteilt, z. B. hier für
mittlere Werte von etwa 670 A. Jeder dieser aneinandergrenzenden Bereiche erstreckt
sich dann über einen Mittelwert ±330 A. Man erhält so die für die Rechnung notwendigen
Werte 2000 - 330 = 1670 A, 2000 - (670 + 330) = 1000 A, 2000 - (1340 + 330) = 330
A; für eine Blechdicke von s = 0,5 mm ergeben sich damit entsprechende Lochdurchmesser
von d = 1,9 mm, d = 1,45 mm, d = 0,83 mm.
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Kann aus baulichen .Gründen die Lochreihe länger sein, so kann zur
Verbesserung des Einlaufens noch ein größeres Loch davor gesetzt werden, z. B. 4
mm, und es kann dann auch bedenkenlos der Strombereich über 1670 A ausgenutzt werden.
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Der Steg zum ersten Loch an der Vorderkante des Löschbleches kann
unter besonders ungünstigen Umständen
den Lichtbogeneinlauf hemmen.
In diesem Falle kann schon ein ganz kurzer Schlitzanfang zum ersten Loch helfen.
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Als günstigste Stegweite zwischen den Löchern einer Reihe (fünf in
F i g. 2) ergaben sich Werte zwischen 1 und 3 mm. Falls der Ankunftsort des Lichtbogens
nicht festliegt, ist es ohne weiteres möglich, mehrere derartige Lochreihen parallel
nebeneinander zu setzen.
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F i g. 4 zeigt eine Anordnung mit drei Lochreihen. Die durchgeführten
Versuche zeigen jedoch, daß die Lochreihen nicht so dicht nebeneinanderliegen dürfen,
daß das Blech perforiert erscheint. Statt sich einzuengen, breitet sich dann der
Lichtbogen über viele Lochquerschnitte aus und verhält sich wie bei einem Rechteckblech,
nur daß die Blechvorderkante an das Ende der Lochreihe zurückversetzt erscheint.
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Bei Strömen bis 1500 A ist für den verbleibenden Steg zwischen den
Löchern größten Durchmessers zweier Reihen (sechs in F i g. 4) ein Wert zwischen
mindestens 4 mm und höchstens 8 mm günstig.