DE1944143A1

DE1944143A1 - Lichtbogenkammer mit Lichtbogenhoernern,die mit einem thermisch aufgespritzten feuerfesten Metall ueberzogen sind

Info

Publication number: DE1944143A1
Application number: DE19691944143
Authority: DE
Inventors: Cecil Bailey; Frederick Oscar Carl
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-09-03
Filing date: 1969-08-30
Publication date: 1970-03-12
Also published as: DE1944143B2; JPS4945911B1; FR2017280A1; ES172967Y; BR6912103D0; ES172967U; DE1944143C3; US3588405A; GB1244570A

Description

Lichtbogenkammer mit Lichtbogenhörnern, die mit einem thermisch aufgespritzten feuerfesten Metall überzogen sind

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogenkammer für einen elektrischen Leistungsschalter und insbesondere auf eine Lichtbogenkammer mit metallischen Lichtbogenhörnern, auf denen sich die Fußpunkte des üblichen Lichtbogens entlangbewegen, wenn der Lichtbogen in die Kammer gedrückt wird.

Bisher ist es üblich gewesen, diese Lichtbogenhörner aus einem Metall großer Leitfähigkeit aufzubauen, das eine relativ hohe mechanische Festigkeit aufweist und das leicht verarbeitet werden kann, wie es z.B. bei Messing der Fall ist. Ein Starkstromlicbtbogen kann jedoch eine beträchtliche Abnutzung bzw. Erosion dieser Hörher herbeiführen und um das Ausmaß dieser Erosion zu vermindern, ist es gebräuchlich

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gewesen, in gewissen kritischen Bereichen Auflageplättehen oder kleine, polsterartige Schutzschilde aus einem lichtbogenbeständigen, feuerfesten Metall auf die Hörner aufzulöten. Es ist festgestellt worden, daß diese aufgelöteten feuerfesten Metallschilde für einen Schutz gegen Lichtbogenerosion nicht so. wirksam sind wie es wünschenswert wäre; und darüber hinaus ist das Stromunterbrechungsvermögen eines Leistungsschalters mit derartigen Lichtbögenhörnern nicht so hoch gewesen wie es wünschenswert sein würde. Es scheint so, daß sich der Lichtbogen nicht so schnell aus dem Auflagebereich herausbewegte wie er könnte und die daraus folgende gesteigerte Verdampfung des Metalls in dem Schildbereich scheint das Stromunterbrechungsvermögen des Schalters zu vermindern. Ein Grund für die Verzögerung des Lichtbogens, sich aus dem Bereich der Auflageplättchen herauszubewegen, ist darin zu sehen, daß der Lichtbogen!ußpünkt die Tendenz besitzt, nach irgendeinem möglicherweise in diesem Bereich freiliegenden Anteil der Lötlegierung zu suchen und sich daran festzuhalten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Lichtbogenhörner im Vergleich zu den bekannten, oben beschriebenen Lichtbogenhörnern so zu konstruieren, daß die Erosion durch den Lichtbogen wesentlich vermindert, das Stromunterbrechungsvermögen wesentlich verbessert und die Geschwindigkeit vergrößert ist, mit der sich der Lichtbogenfußpunkt an dem Lichtbogenhorn entlangbewegt. Außerdem soll die Lichtbogenbeanspruchung über einen größeren Breitenbereich des Lichtbogenhornes verteilt werden, wenn sich der Lichtbogenfußpunkt entlang der Hornlänge in die Kammer hinein bewegt, um die Abnutzung und die Verdampfung noch weiter zu reduzieren. \

Diese Aufgabe wird bei einer Lichtbogenkammer, in die der Lichtbogen zur Löschung hineindrückbar ist, mit einem Paar im Abstand angeordneter Seitenwände aus Isoliermaterial, die

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sich entlang dem Lichtbogen erstrecken, und mit einem Paar im Abstand angeordneter leitender Lichtbogenhörner in der Lichtbogenkammer zur Begrenzung der Pfade, auf denen sich die Fußpunkte des Lichtbogens bewegen, wenn dieser in die Lichtbogenkammer hinjelngetrieben wird, dadurch gelöst, daß mindestens eins-der Lichtbogenhörner, die aus einem Streifen aus leitfähigem Material aufgebaut sind, mit einem Überzug aus thermisch aufgesprühtem feuerfestem Metall versehen ist, der an einer Oberfläche des Streifens anhaftet, so daß auf der freiliegenden Oberfläche des Streifens eine Hörneroberfläche für die Wanderung der Lichtbogenfußpunkte begrenzt ist, wobei der thermisch aufgespritzte Überzug übereinanderliegende, ausgebreitete und ineinandergreifende Teilchen aus feuerfestem Metall enthält, die miteinander verbunden sind.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der anliegenden Zeichnung eines AusführunRSbeispieles näher erläutert.

Figur 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Leistungsschalters. .

Figur 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Figur 1.

Figur 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teiles des Leistungsschalters gemäß Figur 1.

Figur 4 1st eine Vergrößerte vereinfachte Darstellung der MikroStruktur des Überzuges auf einem der Lichtbogenhörner.

Figur 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Figur 3.

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Figur 1 zeigt den Leistungsschalter mit einem Paar Leitungsdurchführungen 1 und 2, die beide bezüglich des Stützrahmens des Leistungsschalters fest angebracht sind. Die Durchführung 2 weist einen nach unten ragenden Leiterstab 3 auf, an dessen unterem Ende mittels eines starr angebrachten Drehzapfens 5 ein bewegbares leitendes Schaltblatt 4 befestigt ist. An seinem äußeren Ende trägt das Blatt 4 geeig nete steuernde Kontakte, wie z.B. einen stromführenden Kontakt 6 und einen Lichtbogenkontakt 7.

Die Durchführung 1 enthält einen Leiterstab la, mit dem ein nach unten ragender leitender Teil 8 elektrisch verbunden ist..An diesem leitenden Teil 8 ist ein gebogener Kontakthaiteteil 9 angebracht, der mit dem Teil 8 zusammenarbeitet, um eine Haltetasche zur Aufnahme der verankerten Enden der den Hauptstrom führenden Kontaktfinger 10 zu bilden. Diese Finger 10 sind auf einem gebogenen Stück 12 des Leiterteiles 8 schwenkbar angebracht und sind mit Hilfe geeigneter Druckfedern 9a in Schließrichtung vorgespannt, um eine drehende Wischbewegung zu begrenzen. Diese Druckfedern 9a sorgen für einen großen Kontaktdruck zwischen dem festen stromführenden Kontakt 10 und dem bewegbaren stromführenden Kontakt 6.

Der bewegbare Lichtbogenkontakt 7 arbeitet mit einem feststehenden Lichtbogenkontakt 13 zusammen, der durch eine geeigneteKlemmanordnunß 14 mechanisch und elektrisch mit dem Leiterteil 8 verbunden ist. Das Material der Lichtbogenkontakte 7 und 13 vermag dem Lichtbogen zu widerstehen und . weist auch im Vergleich zu dem Material der stromführenden Kontakte 10 und 6 einen relativ großen spez. Widerstand auf, Wenn sich also das Schaltblatt 4 in der gezeigten Schließ-· stellung befindet, fließt der größte Teil des Stromes über die stromführenden Kontakte. Nur wenn das Schaltblatt 4 im Gegenuhrzeigersinn bewegt wird, um den Schalter zu öffnen, fließt über diese Lichtbogenkontakte ein wesentlicher Strom.

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Während eines derartigen Öffnungsvorganges trennen sich zuerst die stromführenden Kontakte und leiten dadurch den Strom über die Lichtbogenkontakte, die infolge ihres weiteren Schleifens noch im Eingriff sind. Danach trennen sich auch die Lichtbogenkontakte und ziehen einen die Schaltung unterbrechenden Lichtbogen, der in eine Lichtbogenkammer 20 gedrückt und dort verlängert ,gekühlt und in einer noch zu beschreibenden Art und Weise gelöscht wird.

Um das Schaltblatt 4 für eine Schaltkreisunterbrechung im Gegenuhrzeigersinn zu bewegen, ist ein hin und her bewegbarer Betätigungsstab 24 vorgesehen, der bei 26 mit dem Schaltblatt schwenkbar verbunden ist. Wenn dieser Betätigungsstab nach oben gedrückt wird, bewirkt er eine Bewegung des Schaltblattes im Gegenuhrzeigersinn, um eine Unterbrechung des Schaltkreises herbeizuführen. Der Schaltkreis kann dann auf einfache Weise wieder geschlossen werden, indem der Betätigungsstab nach unten gedrückt wird, um das Schaltblatt 4 im Uhrzeigersinn in die gezeigte geschlossene Stellung zurückzuführen. Der aus einem Isoliermaterial bestehende Betätigungsstab 24 wird mit Hilfe eines Üblichen Betätigungsmechanismus, der nicht dargestellt ist, in Bewegung gesetzt.

Gemäß den Figuren 1 und 2 umfaßt die Lichtbogenkammer 20 ein Paar Seitenwände 21 und 22, die aus einem geeigneten lichtbogenbeständigen Isoliermaterial hergestellt sind. Diese Seitenwände sind durch geeignete, nicht gezeigte Mittel zusammengehalten. Jede Seitenwand enthält vorzugsweise Rippen 23, die in Richtung auf die andere Seitenwand vorragen und so angeordnet sind, daß sie sich gegenseitig mit den entsprechenden vorspringenden Rippen auf der anderen Seitenwand überdecken, so daß sie von dem Eingangsende der Kammer aus betrachtet einen verschlungenen oder zickzackförmigen Kanal bilden. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, verjüngen sich diese Rippen in Richtung auf den Eingang der Kammer und schaffen dadurch einen Halsteil, den der Lichtbogen zunächst durchlaufen muß, bevor er in den Zickzackkanal zwischen den

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Rippen 23 eintritt. Durch' die gestrichelte Linie 29 ist eine Lage des Lichtbogens dargestellt, wenn er sich in die Lichtbogenkammer hineinbewegt.

Um die Bewegung des Lichtbogens in die Lichtbogenkammer hinein zu erleichtern, sind entlang den oberen und unteren Rändern der Kammer ein Paar leitende Lichtbogenhörner 30 und 31 vorgesehen. Wie in Figur 1 dargestellt ist, verlaufen diese Hörner 30 und 31 quer zu dem Lichtbogenpfad und sie laufen von dem Bereich aus, in dem der Lichtbogen gezündet wird, im großen und ganzen divergierend zueinander.

Das obere Lichtbogenhorn 30 ist aus zahlreichen Segmenten 32, 33 und 34 aufgebaut, die mit den Stirnseiten einander anstoßend angeordnet sind. Die benachbarten Enden dieser Segmente sind durch isolierende Abstandshalter 36 voneinander getrennt. Der Abstandshalter 36, der dem Bereich, in dem der Lichtbogen gezündet wird, am nähesten liegt, wird elektrisch durch eine Magnetblasspule 37 überbrückt^ von der ein Pol mit dem Hornsegment 32 neben dem Abstandshalter 36 verbunden ist und von der der andere Pol mit dem Hornsegment 33 in Verbindung steht, das direkt neben dem gleichen Abstandshalter 36 angeordnet ist. Der andere Abstandshalter 36 ist durch eine Magnetblasspule 38 überbrückt, die auf entsprechende Weise zwischen nebeneinanderliegende Hornsegmente geschaltet ist. Das dem Lichtbogenzündungsbereich am nähesten liegende Hornsegment 32 weist vorzugsweise eine im allgemeinen U-förmige Konfiguration auf und ist elektrisch mit dem Kontaktstift la verbunden. Diese elektrische Verbindung erfolgt über ein leitendes Verbindungsstück 41 und sine zusätzliche Blasspule 40. Sin Pol dieser Blasspule 40 ist mit dem Verbindungsstück 41 und ihr anderer Pol ist mit dem f innersten Ende des Hornsegmentes 32 verbunden. Wird einmal der elektrische Kreis betrachtet, der zwischen dem äußersten Hornsegraeftt 34 und dem Kontaktstift la liegt, so ist festzustellen; daß die Blasspulen 38_f 37, 40 zueinander und

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desgleichen rait den Hornsegmenten 34, 33, 32 in Reihe geschaltet sind.

Das untere Lichtbogenhorn 31 ist im wesentlichen in gleicher Weise ausgebildet wie das obere Lichtbogenhorn 30. In diesem Sinne weist das untere Lichtbogenhorn zahlreiche langgestreckte Segmente 49, 50 und 51 auf, die Stirn gegen Stirn
angeordnet und durch isolierende Abstandshalter 52 voneinander getrennt sind. Die Abstandshalter 52 sind auf entsprechende Weise durch Blasspulen 46 und 47 elektrisch überbrückt, die zwischen die benachbarten Hornsegmente geschaltet sind. Das dem Lichtbogenzündungsbereich am nähesten liegende Hornsegment 49 weist eine U-förmige Konfiguration auf und ist durch eine Blasspule 45 elektrisch mit dem Kontaktstift 3 des Leistungsschalters verbunden. Hierfür ist ein
leitender Streifen 56 elektrisch zwischen den Kontaktstift 3 und einen Pol der Blasspule 45 geschaltet, wogegen der andere Pol der Blasspule mit dem innersten Ende des Hornsegmentes 49 in Verbindung steht. An dem unteren Ende des Hornsegmentes 49 ist ein isolierendes Abstandsstück 57 vorgesehen um zu verhindern, daß die Spule 45 durch die an ihren
Klemmen liegende Hornkonstruktion kurzgeschlossen ist.

Der Zweck der oben beschriebenen Blasspulen liejst darin, die Bewegung des Lichtbogens entlang der Lichtbogenhörner in den Innenraum der Kammer zu beschleunigen. In dieser Hinsicht
ist jede Spule mit einem in der Mitte angeordneten Kern versehen, der gegenüber der Spule isoliert ist, und an Polstükken befestigt, die an den Außenflächen der Kammerseitenwände angebracht sind. Beispielsweise weist die Spule 40 einen
Kern 59 auf, der an Polstücken wie dem Polstück 61 befestigt ist, der in Figur 1 in gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Spule 37 weist einen Kern 62 auf, der an ähnlichen Polstücken 63 angebracht ist. In gleicher Weise enthalten alle
anderen Blasspulen ähnliche Kerne und Polstücke, von denen
nur einige gezeigt sind. Wenn nun eine bestimmte Spule

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erregt wird, erzeugen ihre Polstücke ein Magnetfeld quer zum Lichtbogenverlauf. Dieses Magnetfeld wirkt auf das Magnetfeld, das den Lichtbogen umgibt, um eine resultierende Kraft zu bilden, die den Lichtbogen mit großer Geschwindigkeit an den Hörnern entlang in den Innenraum der Kammer treibt. Die allgemeine Art und Weise, in der diese Magnetfelder eine Kraft erzeugen, die den Lichtbogen verschiebt, ist allgemein bekannt und wird deshalb nicht genauer beschrieben.

Wenn das Schaltblatt 4.zur Öffnung des Schalters im Gegenuhrzeigersinn verschoben worden ist, wird zwischen den Lichtbogenkontakten 13 und 7 ein Lichtbogen aufgebaut, sobald sich diese Kontakte trennen. Der obere Fußpunkt dieses Lichtbogens wandert schnell" zu dem Horn-segment 32, wodurch die Blasspule 40 mit dem Lichtbogen in Reihe geschaltet wird Die erregte Spule erzeugt sofort eine Magnetwirkung, die den oberen Lichtbogenfußpunkt entlang dem oberen Horn 30 auf den Innenraum der Kammer zuzutreiben beginnt. Wenn sich der obere Fußpunkt des Lichtbogens entlang dem Horn 30 über den isolierenden Abstandshalter 36 hinausbewegt, schaltet er der Reihe nach die Blasspulen mit dem Lichtbogen in Reihe und erhöht dadurch progressiv die magnetischen Kräfte, die den Lichtbogen in die Kammer hineinzudrücken versuchen.

Inzwischen ist das bewegbare Schaltblatt 4 schnell von dem feststehenden Kontakt 13 weggeschwenkt worden. Wenn sich das Schaltblatt 4 nach unten in die Nähe des Hornsegmentes 49 des unteren Lichtbogenhornes bewegt, springt der untere Fußpunkt des Lichtbogens zu dem./Hornsegment 49 über und legt somit die untere Blasspule 45 in Reihe mit dem Lichtbogen. Die erregte Spule 45 erzeugt sofort eine magnetische Blaswirkung, die den unteren Fußpunkt des Lichtbogens entlang dem Horn 31 in Richtung auf den Innenraum der Kammer drückt. Wenn der untere Fußpunkt des Lichtbogens über den ersten isolierenden Abstandshalter 52 hinausläuft, schaltet er die

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nächste Blasspule 46 in Serie mit dem Lichtbogen sowie der ersten Blasspule 45 und sorgt dadurch für eine vergrößerte Magnetkraft, um den Lichtbogen in die Kammer zu drücken. Wenn sich der Lichtbogen in die Kammer hineinbewegt, wird er verlängert und durch die vorspringenden Rippen 23 gekühlt. Somit wird der Lichtbogen schnell entionisiert und dadurch gelöscht, so daß der Schaltkreis unterbrochen ist.

Um die Übertragung des oberen Lichtbogenfußpunktes von dem Lichtbogenkontakt 13 zu dem ersten Hornsegment 32 zu erleichtern, ist auf entgegengesetzten Seiten des bewegbaren Lichtbogenkontaktes 7 ein Paar vorspringender Elektroden vorgesehen. Jede dieser Elektroden ist aus einem lichtbogenbeständigen Material, wie z.B. Wolfram, hergestellt, das mit Kupfer oder Silber durchsetzt ist. Der zwischen den Kontakten 7 und 13 gezogene Lichtbogen berührt bei der Lichtbogenteilung eine der Elektroden, wodurch der obere Fußpunkt des Lichtbogens an dieser Elektrode hängenbleibt; sofort danach wandert der obere Fußpunkt in Richtung auf die Basis der Elektrode auf dem Hornsegment 32.

Bisher ist es üblich gewesen, in der Nähe der Basis der Elektroden 60 einen kleinen Schutzschild aus feuerfestem Metall vorzusehen. Dieser Schutzschild und die Elektrode 60 waren aus einem Stück ausgebildet, und der Schutzschild war auf das Hornsegment 32 aufgelötet. In dem erfindungsgemäßen Leistungsschalter wird diese Auflage weggelassen und stattdessen wird auf das Hornsegment 32 ein Überzugsgemisch aus feuerfestem Metall und einem Metall hoher Leitfähigkeit thermisch aufgespritzt. Dieser Überzug ist am besten bei 65 in der vergrößerten Querschnittsansicht nach Figur 3 dargestellt. Es wird aus dieser Figur deutlich, daß der Überzug 65 nicht nur in dem unmittelbaren Bereich der Elektrode 60 angeordnet ist, sondern daß er sich um die Krümmung in dem Hornsegment 32 herum und auf der Länge des Segmentes bis zu dem isolierenden Abstandhalter 30 erstreckt. Jede der

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.!ο- t944U 3'

Elektroden 6p weist an ihrer Basis einen Abschnitt 66 mit vermindertem Durchmesser auf, der die Elektrode in ein Loch in dem Hornsegment 32 einpaßt. Außerdem ist zwischen den aneinander anliegenden Oberflächen der Elektrode 60 und dem Horn eine Lötverbindung 67 vorgesehen, um die Elektrode an dem Horn fest anzubringen. Der Überzug 65 überdeckt diese gelötete Verbindung 67 vollständig und isoliert diese somit völlig gegenüber dem oben beschriebenen Lichtbogen.

Der Überzug 65 ist in dem Bereich der Elektrode 60 und von der Elektrode 60 entlang dem Horasegment bis zu einem Punkt 69 (siehe Figur 3) relativ dick, beispielsweise etwa 0,76 mm (30 mils). In dem Bereich zwischen dem Punkt 69 und dem Punkt 70 ist die Überzugsdicke stark vermindert, dort beträgt sie beispielsweise etwa 0*25 mm (10 mils)·. Von dem Punkt 70 bis zu dem Ende des Horasegmentes 32 ist der Überzug wieder dicker und ist beispielsweise etwa O,76 mm (30 mils) dick.

Auf jedem der übrigen HornsegsieHte 33 und 34 ist in der Nähe der Segmentenden ein ähnlicher thermisch aufgespritzter Metallüberzug vorhanden. Jedes dieser Hornsegmeate bleibt zwischen den Endbereichen mit dem aufgespritzten Überzug unüberzogen.

In einer Ausführungsforiii der Erfindung werden die Segmente des unteres Bornes in.der Nähe'der isolierenden Äfostandsha 1- ;ter; 52 in der gleichen Weise- wie- die Segaente des" oberen "^; ■.. Hörnes mit thermisch aufgespritzten Überzügen versehen * Es ist- jedoch festgestellt worden_f öaS> das -Yorlisiidenseiii" diese-r überzüge auf de» unteren- Horn sjic&t so* ^:wiclitig ist wie - aof '_ ^: ■ dem oberen Horn, In vielen -Anwead'imgsf äiien.. ist -es »öglien, ^Λ i tiberzüge auf- dem unterea Korn wegzulasseit* ">',■""..:■ .-.-■■-: :;..

φβη beschrieben© tneriaisch
vorzugsweise' durefr das-jLichtbogeapiAoita-Sp^itaverfafiren -Hierfür wird- eine ^üfelicfte Mchti>©ge»pl»SBi*--.

Spritzpistole verwendet. Innerhalb dieser Pistole wird ein Starkstromlichtbogen gebildet und durch den Lichtbogenbereich hindurch wird ein geeignetes Gas geleitet, um einen Strahl aus äußerst heißem Lichtbogenplasma zu bilden. Das vorzugsweise in Pulverform·vorliegende Metall wird in den Lichtbogenplasm'astrahl geleitet, wo es. geschmolzen und in atomisierte Tröpfchen aus geschmolzenem Metall umgewandelt wird, die bei einer großen Geschwindigkeit in dem Plasmastrahl durch eine geeignete Düse hindurch ausgestoßen werden. Der die geschmolzenen Tropfen enthaltende Plasmastrahl wird auf das Lichtbogenhorn aufgespritzt und beim Berühren der Hornoberfläche breiten sich die geschmolzenen Teilchen aus und erstarren zu einem anhaftenden Überzug. Figur 4 ist eine etwas schematisch dargestellte vergrößerte Querschnittsansicht der MikroStruktur des Überzuges und zeigt die ausgebreiteten Ineinandergreifenden Teilchen.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der aufgespritzte überzug aus Wolfram und Kupfer gebildet. Vorzugsweise werden Pulver dieser Metalle miteinander vermischt, bevor sie in den Plasmastrahl eingeführt werden und die geschmolzenen Teilchen dieser zwei Metalle, die in dem Plasmastrahl mitgerissen werden, werden auf die zu überziehende Oberfläche geschleudert. Der dabei entstehende Überzug kann als ein überzug mit ausgebreiteten, ineinandergreifenden Wolframteilchen, die eine poröse feuerfeste bzw. hitzebeständige Metallstruktur bilden, und Kupferteilchen betrachtet werden, die in den Poren dieser Struktur enthalten sind. Vorzugsweise wird den gespritzten Materialien ein geringer Prozentsatz Titanhydrid zugesetzt, um die Oxidation der den Überzug bildenden Teilchen zu vermindern.

Bevor das oben beschriebene Lichtbogenplasma-Spritzverfahren begonnen wird, wird die Oberfläche des Hornes zum Überziehen vorbereitet, indem sie aufgerauht wird. Hierfür wird vorzugsweise ein Strahlverfahren mit Quarzsand oder Hartgußkies

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verwendet. Dadurch wird die Oberfläche nicht nur aufgerauht, wobei kleine unregelmäßig geformte Vorsprünge auf der Oberfläche zurückbleiben, sondern die Oberfläche wird auch gereinigt. Der nachfolgend aufgebrachte Spritzüberzug verbindet sich mit den Erhebungen oder Vorsprüngen der Oberfläche, um mit diesen eine feste Verbindung zu bilden.

Das Spritzen auf die aufgerauhte Oberfläche wird solange fortgesetzt, bis die gewünschte Überzugsdicke erhalten ist. In dem dargestellten Segment 32 des oberen Lichtbogenhornes ist der Überzug in dem Cereich der Elektrode 60 und an dem entgegengesetzten Ende des Segmentes dicker gemacht worden, indem die Spritzpistole wiederholt über diese Bere.iche des Homes geführt worden ist. Über den Bereich zwischen den Punkten 69 und 70 ist die Pistole weniger oft geführt worden, so daß der Überzug in diesem speziellen Bereich relativ dünn geblieben ist. Zwischen den dicken Bereichen des Überzuges und dem dünnen Bereich wird durch eine geeignete Führung der Spritzpistole ein glatter und gleichmäßiger Übergang geschaffen, um eine scharfe Kante bei 69 oder 70 zu vermeiden.

Bekannte, oben erwähnte Lichtbogenkammern, die aufgelötete Schilde aufwiesen, um die Elektrode 60 in ihrer Lage zu halten, vermochten nicht so große Ströme fehlerfrei zu unterbrechen, wie es wünschenswert wäre. Beispielsweise wurden bei 7 Unterbrechungsversuchen, die mit einer derartigen Lichtbogenkammer bei Strömen von 21 000 bis 26 000 Amp durchgeführt wurden, vier Unterbrechungsfehler festgestellt. Wenn aber der Schild durch einen thermisch aufgespritzten Überzug ersetzt war, selbst wenn dieser auf den unmittelbaren Bereich der Elektroden 60 begrenzt war, wurde bei praktisch deri gleichen Strömen nur ein Unterbrechungsfehler bei 14 Unterbrechungsversuchen festgestellt. Wenn der thermisch aufgespritzte Überzug über das gesamte Hornsegment ausgedehnt wurde, wie es in Figur 3 gezeigt ist, wurde bei praktisch gleichen Strömen sogar nur ein Unterbrechungsfehler bei 21

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Unterbrechungsversuchen beobachtet. Alle diese Prüfungen wurden bei praktisch gleicher Spannung durchgeführt. Diese drastische Reduzierung der Unterbrechungsfehler war recht unerwa rte t.

Diese stark verbesserte Leistungsfähigkeit wird auf eine Anzahl von Faktoren zurückgeführt. Ein Faktor ist, daß die Konstruktion mit dem aufgespritzten Überzug keine gelöteten Verbindungsstellen aufweist, die dem Lichtbogen in dem Bereich der Elektroden 60 ausgesetzt sind. Da der aufgespritzte Überzug direkt auf die Hornoberfläche aufgetragen wird, ist zwischen dem Überzug und dem Hornkörper kein dazwischenliegendes Lötmetall vorhanden und deshalb ist an den Überzugsgrenzen kein Lötmetall freiliegend, wie es bei einem aufgelöteten Schild der Fall wäre. Selbst die gelötete Verbindungsstelle 67 mit ihrem beschränkten Ausdehnungsbereich, die zur Befestigung jeder Elektrode 60 benutzt wird, ist vollständig mit dem aufgespritzten feuerfesten bzw. hitzebeständigen Metallüberzug überdeckt. Da für den Lichtbogenfußpunkt kein Lötraetall freiliegt, kann jede Verzögerung in der Lichtbogenbewegung vermieden werden, die durch die Tendenz des Lichtbogenfußpunktes hervorgerufen wird, das in größerem Umfang verdampfbare Lötmetall zu suchen und an diesem festzuhängen. Somit wandert der Lichtbogen schneller von dem Lichtbogenzündungsbereich fort und er hat weniger Möglichkeit, die Metalle in diesem Bereich zu verdampfen. Diese geringeren Metalldampf mengen scheinen das Unterbrechungsvermögen zu verbessern. Weiterhin verkleinert auch die Tatsache, daß.der Lichtbogen auf einem feuerfesten Metall brennt anstatt auf der in sehr viel größerem Umfang verdämpfbaren Lotlegierung, das Volumen des durch den Lichtbogen erzeugten Metalldampfes.

Ein weiterer, zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit beitragender Faktor liegt darin, daß keine Oberflächenungleichmäßigkeiten, wie z.B. Risse oder scharfe Kanten, vorhanden

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sind, die dem Lichtbogenfußpunkt auf der Oberfläche des Hornsegmentes 32 direkt ausgesetzt sind. Die Liebtbogenfußpunkte besitzen die Tendenz, sich an diesen Ungleichmäßigkeiten festzuhalten und dadurch würde die Bewegung entlang den Hörnern in die Lichtbogenkammer verzögert. Durch Vermeidung dieser XJngleichmäßigkeiten werden auch die dadurch entstehenden Verzögerungen vermieden und dieses trägt wiederum zur verminderten Erhitzung und Verdampfung bei.

Die geringere Erhitzung ist nicht nur bei der Verkleinerung der Dampfmenge wichtig, die bei einem auf dem Horn brennenden Lichtbogen erzeugt wird, sondern sie ist auch zur Herabsetzung der Möglichkeiten wichtig, daß der Lichtbogen beim Stromnulldurchgang sofort nach der Löschung des Lichtbogens rückzündet. Es besteht eine größere Wahrscheinlichkeit- für eine Rückzündung, wenn auf dem Lichtbogenhorn ein örtlicher Hitzepunkt vorhanden ist.

Es ist bei bekannten Konstruktionen, d.h; Messing-Lichtbogenhörnern, beobachtet worden, daß der Lichtbogenfußpunkt bei seiner Wanderung entlang dem nichtüberzogenen Abschnitt des Messing-Lichtbogensegmentes 32 in der Mitte des Segmentes auf einen seitlich begrenzten Pfad beschränkt ist. Bei dem erfindungsgemäßen aufgespritzten überzug ist aber der Fußpunkt des Lichtbogens sehr viel stärker verteilt oder aus-gebreitet und erstreckt sich bei seiner Wanderung entlang der Horn länge über praktisch die gesamte Breite des Homes. Diese Ausbreitung des Lichtbogenfußpunktes über praktisch die gesamte Hornbreite trägt auch zur verminderten Erosion und Verdampfung des Hornmaterials bei.

Zwischen den Punkten 69 und 70 bewegt sich der FuSpunkt des Lichtbogens relativ schnell und aus diesem Grunde kann in diesem Bereich ein dünnerer Überzug verwendet -werden, ohne das Risiko einzugehen, daß das darunter liegende,Messing dem Lichtbogenfüßpunkt ausgesetzt wird. In dem Bereich, iß

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dem der Fußpunkt weniger schnell wandert, wird dem Überzug eine größere Dicke gegeben, so daß eine stärkere Lichtbogenerosion aufgenommen werden kann, ohne daß das darunter liegende Messing des Hornkörpers freigelegt wird. Aus diesem Grunde wird der Überzug um"die Elektroden 60 herum und bis zu dem Punkt 69 und desgleichen in dem Bereich zwischen dem Punkt 70 und dem Ende des benachbarten Lichtbogenhornes re-_Λ lativ dick gemacht, d.h. etwa o,76 mm (3O mils) dick. Der Bereich an den Enden der Lichtbogenhörner ist in der Tendenz empfindlicher gegenüber Erosion als zwischen den Punkten 69 und 70, da der Lichtbogenfußpunkt manchmal leicht verzögert wird, bevor er über den isolierenden Abstandshalter 36 hinweg auf das nächste Hornsegment 33 tiberspringt.

Das Lichtbogenplasmaspritzen eignet sich außergewöhnlich gut, um genau gesteuerte Überzugsdicken herzustellen, welche Werte auch immer in den bestimmten Bereichen gewünscht sind. Wenn aufgelötete Schilde bzw. Auflageplätteheη oder Hüllen verwendet werden würden, so wäre es manchmal erforderlich, die gewünschte Dicke aus mehreren zusammengelöteten Schichten aufzubauen und dies würde auf nachteilige Weise dem Lichtbogen noch mehr Lötmetall aussetzen. Weiterhin ist es bei so dünnen Hüllen, wie sie manchmal in gewissen Bereichen erwünscht sind, schwierig, mit einer aufgelöteten Hülle zu arbeiten und es würde dann eine relativ dicke Umhüllung verwendet werden. Dies ist aber unwirtschaftlich, da Material vorhanden ist, das für den Betrieb der Lichtbogenkammer nicht erforderlich ist.

In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der auf^espritzte Überzug aus einem zusammengesetzten Material aufgebaut, das ein feuerfestes Metall und ein Metall großer thermischer und elektrischer Leitfähigkeit enthält, wie z.B. Kupfer oder Silber. Es sei jedoch erwähnt, daß die Erfindung im weiteren Sinne auch die Verwendung eines thermisch aufgespritzten Überzuges aus reinem Wolfram oder einem

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anderen feuerfesten oder hitzebeständigen Metall einschließt.

Das thermische Spritzverfahren gestattet auch, daß die Zusammensetzung des Überzuges an jeder Stelle der Dicke oder Länge des Überzuges verändert wird. Beispielsweise kann die erste Auftragungsschicht aus einem hohen Prozentsatz an dem Metall mit guter Leitfähigkeit aufgebaut sein und dieser Prozentsatz wird entweder allmählich oder abrupt mit steigender Dicke des Überzuges vermindert, so daß nahe der freiliegenden Oberfläche des Überzuges im Vergleich zu der Überzugsschicht nahe dem Hornkörper ein relativ großer Prozentsatz an feuerfestem Metall vorhanden ist.

Beispielsweise wurde eine erfindungsgemäße Ausführungsform gefunden, die besonders gute Resultate bei der Unterbrechung großer Ströme lieferte. Hier waren die zunächst aufgespritzten Ablagerungen eine Mischung aus Wolfram und Kupfer und ■ die letzte Ablagerung auf der freiliegenden Oberfläche bestand aus praktisch reinem Wolfram. Die Wolframablagerung war im Vergleich zu der darunter liegenden Schicht aus Wolfram-Kupfer relativ dünn. Die Materialzusammensetzung aus Wolfram und Kupfer weist eine größere Duktilität auf als reines Wolfram und es kann ein relativ dicker Überzug aus dem zusammengesetzten Material vorhanden sein, ohne daß . materialmäßig Störungen mit verschiedenen Bearbeitungsstufen

auftreten, die später durch das Einsetzen der Hörner in die Lichtbogenkammer erforderlich werden. Die Schicht aus reinem Wolfram, die etwas spröder ist, wird dünn gehalten, um jede derartige Beeinträchtigung zu vermeiden.

Wie oben bereits erwähnt worden ist, kann die Zusammensetzung des aufgespritzten Überzuges auch auf seiner Länge verändert werden. Dadurch kann ein höherer Prozentsatz an feuerfestem Metall oder auch reines feuerfestes Metall in Gebieten starker Beanspruchung durch den Lichtbogen verwendet

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werden, wo die darunter liegende Materialzusammensetzung wegen ihrer Duktilität oder anderer Eigenschaften weniger erforderlich ist.

Das in dem erfindungsgemäßen aufgespritzten Überzug verwendete feuerfeste Metall kann entweder Wolfram oder Molybdän oder ein Karbid von diesen sein und das Metall hoher Leitfähigkeit kann Kupfer oder Silber sein.

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Claims

Ansprüche

(Λ

\ 1./Lichtbogenkammer, in die der Lichtbogen zur Löschung hineindrückbar ist, mit einem Paar im Abstand angeordneter Seitenwände aus Isoliermaterial, die sich entlang dem Lichtbogen erstrecken, und mit einem Paar im Abstand angeordneter leitender Lichtbogenhörner in der Lichtbogenkammer zur Begrenzung der Pfade, auf denen sich die Fußpunkte des Lichtbogens bewegen, wenn dieser in die Lichtbogenkammer hineinge* trieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eins der Lichtbogenhörner (3O, 31), die aus einem Streifen aus leitfähigem Material aufgebaut sind, mit " einem Überzug (65) aus thermisch aufgespritztem feuerfestem

Metall versehen ist, der an einer Oberfläche des Streifens anhaftet, so daß auf der freiliegenden Seite des Überzuges eine Hörneroberfläche für die Wanderung der Lichtbogenfußpunkte begrenzt ist, wobei der thermisch aufgespritzte Überzug übereinanderliegende, ausgebreitete und ineinandergreifende Teilchen aus feuerfestem Metall enthält, die miteinander verbunden sind.
2. Lichtbogenkammer nach Anspruch 1 für einen elektrischen· Leistungsschalter mit Mitteln zur Zündung eines Lichtbogens nahe eines Abschnittes eines Lichtbogenhornes, da d u r c h g e k e η η ζ e i c h net, daß eine Vorrichtung zur Erleichterung des Überganges eines Fußpunktes des Lichtbogens von dem Lichtbogenzündungsbereich auf das Lichtbogenhorn (30) einschließlich einer Elektrode (60) aus feuerfestem Metall vorgesehen ist, die sich von dem Lichtbogenhorn (30) in den Lichtbogenzündungsbereich erstreckt, und daß der feuerfeste Metallüberzug die Oberfläche des leitenden Streifens in dem unmittelbaren Bereich der Elektrode (60) überdeckt und sich entlang des leitenden Streifens von der Elektrode (60) in Richtung auf den Innenraum der Lichtbogenkammer (20) ausdehnt.

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3. Lichtbogenkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ^d*^e Elektrode (60) durch eine gelötete Verbindungsstelle (37) an dem leitenden Streifen befestigt ist und der feuerfeste Metallüberzug diese Lötverbindung (67) vollständig überdeckt und ein Zugang des Lichtbogenfußpunktes zu der Lötverbindung verhindert ist.
4. Lichtbogenkammer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet ,daß das Lichtbogenhorn (30) zahlreiche langgestreckte Segmente (32, 33, 34) aufweist, deren benachbarte Enden durch einen isolierenden Abstandshalter (36) getrennt sind, wobei ein Teil des feuerfesten Metallüberzuges (65) in Richtung der Wanderung des Lichtbogens in die Lichtbogenkammer (20) hinein auf dem unmittelbar vor dem Abstandshalter (36) liegenden Hornabschnitt angeordnet ist.
5. Lichtbogenkammer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vorrichtung zur Zündung des Lichtbogens in einem Lichtbogenzündungsbereich nahe einem der Segmente (32) und zur Übertragung eines Fußpunktes des Lichtbogens von dem Zündungsbereich auf das Segment (32) vorgesehen ist, und daß auf diesem Segment (32) der Überzug (65) vorhanden ist und sich von dem Lichtbogenzündungsbereich bis zu dem isolierenden Abstandshalter (36) erstreckt, wobei der überzug (65) in dem Lichtbogenzündungsbereich und nahe dem Abstandshalter (36) relativ dick ist, aber in der Zone zwischen den zwei dicken Überzugsbereichen relativ dünn ist.
6. Lichtbogenkammer nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgespritzte Überzug (65) auch ein gut leitendes Metall enthält, dessen Leitfähigkeit größer ist als die des feuerfesten Metalles, wobei die zusammenhaftenden Teilchen des feuerfesten Metalles eine poröse Struktur bilden, in dessen Poren das gut leitende Metall angeordnet ist.

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7. Lichtbogenkammer nach Anspruch 6, d a d u r eh. ge kennze lehne t , daß das feuerfeste Metall aus Wolfram, Molybdän oder deren Karbiden besteht und das Metall großer Leitfähigkeit Kupfer oder Silber ist.
8. Lichtbogenkammer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t , daß der Prozentgehalt des in dem Überzug vorhandenen Metalles großer Leitfähigkeit bei verschiedenen Dicken unterschiedlich ist.
9. Lichtbogenkammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozentgehalt des in dem überzug vorhandenen Metalles großer Leitfähigkeit in dem Überzugsbereich nahe dem Streifen größer ist als an der freiliegenden Oberfläche des Lichtbogenhornes.
10. Lichtbogenkammer nach Anspruch 6, dadurch g e kennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des aufgespritzten Überzuges an seiner freiliegenden Oberfläche im wesentlichen nur aus feuerfestem Metall besteht und das Metall großer Leitfähigkeit unter dieser nur aus feuerfestem Metall bestehenden Oberfläche angeordnet ist.
11. Lichtbogenkammer nach Anspruch 6, dadurch g e kenn ζ ei c h η e t , daß der Prozentsatz des Metalles

•großer Leitfähigkeit auf der Länge des Überzuges verändert ist. '

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