DE1944143B2 - Lichtbogenkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtbogenkammer mit im Abstand angeordneten Seitenwänden aus Isoliermaterial und mit einem Paar im Abstand angeordneten, elektrisch leitenden, mit der Lichtbogenerosion entgegenwirkenden Auflagen versehenen Lichtbogenhörnern, auf denen die Fußpunkte des Lichtbogens bei seiner Bewegung in die Lichtbogenkammern hinein entlang wandern. Eine derartige Lichtbogenkammer ist in der CH-PS 4 10 121 beschrieben.

Bei den bekannten Lichtbogenkammern sind die Lichtbogenhörner aus einem Metall großer Leitfähigkeit aufgebaut, das eine relativ hohe mechanische Festigkeit aufweist und das leicht verarbeitet werden kann, wie es z. B. bei Messing der Fall ist. Ein Starkstromlichtbogen kann jedoch eine beträchtliche Abnutzung bzw. Erosion dieser Hörner herbeiführen und um das Ausmaß dieser Erosion zu vermindern, sind in gewissen kritischen Bereichen Auflageplättchen oder kleine, polsterartige Schutzschilde aus einem lichtbogenbeständigen hoch warmfesten Metall auf die Hörner aufgelötet. Es ist festgestellt worden, daß diese aufgelöteten hochwarmfesten Metallschilde für einen Schutz gegen Lichtbogenerosion nicht so wirksam sind wie es wünschenswert wäre. Darüber hinaus ist das Stromunterbrechungsvermögen eines Leistungsschalters mit derartigen Lichtbogenhörnern nicht so hoch 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 Lichtbogenfußpunkt 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 so auszubilden, daß die Erosion durch den Lichtbogen vermindert, das Stromunterbrechuugsvermögen wesentlich verbessert und die Geschwindigkeit vergrößert ist, mit der sich der Lichtbogenfuß an dem Lichtbogenhorn entlangbewegt.

Diese Aufgabe wird bei einer Lichtbogenkammer der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens eines der Lichtbogenhörner auf der dem Lichtbogen zugewandten Seite über seine gesamte elektrisch leitende Länge mit einem aufgespritzten Überzug aus einem hochtemperaturfesten Metall oder Wolfram- oder Molybdänkarbid versehen ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, da3 ein erfindungsgemäßes Lichtbogenhorn keine Lot- oder Schweißverbindung aufweist, dessen Metall die gewünschte schnelle Lichtbogenwanderung hemmen und darüber hinaus selbst

verdampfen kann, wodurch das Stromunterbrechungsvermögen der Lichtbogenkammer wesentlich gesenkt würde. Der aufgespritzte Überzug ist aber auch gleichförmiger in seiner Oberfläche, so daß keine Vorsprünge oder scharfe Kanten entstehen, an denen der Lichtbogen bei seiner Wanderung leicht hängenbleibt und die Gefahr einer Rückzündung vergrößern. Ein wesentlicher Vorteil besteht auch darin, daß der aufgespritzte Überzug dünner gemacht und in unterschiedlichen Schichten aus gleichen oder verschiedenen Materialien ausgeführt werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert,

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

F i g. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.

F i g. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teiles des Leistungsschalters gemäß F i g. 1.

F i g. 4 ist eine vergrößerte vereinfachte Darstellung der MikroStruktur des Überzuges auf einem der Lichtbogenhörner.

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

Fig. 1 zeigt den Leistungsschalter mit zwei 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 geeignete 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 Kontakthalteteil 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 feststehenden stromführenden Kontakt 10 und dem bewegbaren stromführenden Kontakt 6.

Der bewegbare Lichtbogenkontakt 7 arbeitet mit einem feststehenden Lichtbogenkontakt 13 zusammen, der durch eine geeignete Klemmanordnung 14 mechanisch und elektrisch mit dem Leiterteil 8 verbunden ist. Das Material der Lichtbogenkontakte 7 und 13 vermag dem Lichtbogen zu widerstehen und weibt 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 Schließstellung 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. 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 den Stromkreis 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 Schaltbild 4 für eine Stromunterbrechung 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

ίο Gegenuhrzeigersinn, um eine Unterbrechung des Stromkreises herbeizuführen. Der Stromkreis 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 F i g. 1 und 2 umfaßt die Lichtbogenkammer 20 zwei 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 F i g. 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 Rippen 23 eintritt. Durch die gestrichelte Linie 29 ist der Verlauf eines 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 zwei leitende Lichtbogenhörner 30 und 31 vorgesehen. Wie in F i g. 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, entfernen sie sich voneinander.

Das obere Lichtbogenhorn 30 ist aus den Teilstücken 32, 33 und 34 aufgebaut, die mit den Stirnseiten aneinanderstoßend angeordnet sind. Die benachbarten Enden dieser Teilstücke 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 nächsten liegende Hornsegment 32 ist U-förmig gebogen und elektrisch mit dem Kontaktstift la verbunden. Diese elektrische Verbindung erfolgt über ein leitendes Verbindungsstück 41 und eine zusätzliche Blasspule 40. Ein Pol dieser Blasspule 40 ist mit dem Verbindungsstück 41 und ihr anderer Pol ist mit dem innersten Ende des Hornsegmentes 32 verbunden. Wird einmal der

elektrische Kreis betrachtet, der zwischen dem äußersten Hornsegment 34 und dem Kontaktstift la liegt, so ist festzustellen, daß die Blasspulen 38, 37, 40 miteinander und desgleichen mit den Teilstücken 34,33, 32 des Lichtbogenkonus in Reihe geschaltet sind.

Das untere Lichtbogenhorn 31 ist im wesentlichen in gleicher Weise ausgebildet wie das obere Lichtbogenhorn 30. Auch das untere Lichtbogenhorn weist langgestreckte Teilstücke 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 nächsten liegende Teilstück 49 ist U-förmig gebogen und 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 Teilstücks 49 in Verbindung steht. An dem unteren Ende des Teilstücks 49 ist ein isolierendes Abstandsstück 57 vorgesehen um zu verhindern, daß die Spule 45 durch die an ihren Klemmen liegende Hornkonstruktion kurzgeschlossen ist.

Die oben beschriebenen Blasspulen sollen die Bewegung des Lichtbogens entlang der Lichtbogenhörner in den Innenraum der Kammer beschleunigen. Hierzu ist jede Spule mit einem in der Mitte angeordneten Kern versehen, der gegenüber der Spule isoliert ist, und an Polstücken 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 Fig. 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 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 Art und Weise, in der diese Magnetfelder eine Kraft erzeugen, die den Lichtbogen verschiebt, ist allgemein bekannt.

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 Teilstück 32 des Lichtbogenhornes 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 Schaltbild 4 nach unten in die Nähe des Teilstückes 49 des unteren Lichtbogenhorne: bewegt, springt der untere Fußpunkt des Lichtbogens zi dem Teilstück 49 über und legt somit die unten Blasspule 45 in Reihe mit dem Lichtbogen. Die erregt« Spule 45 erzeugt sofort eine magnetische Blaswirkung die den unteren Fußpunkt des Lichtbogens entlang den Horn 31 in Richtung auf den Innenraum der Kammer drückt. Wenn der untere Fußpunkt des Lichtbogen« über den ersten isolierenden Abstandshalter 52 hinausläuft, schaltet er die nächste Blasspule 46 in Serie mit dem Lichtbogen sowie der ersten Blasspule 45 unc sorgt dadurch für eine vergrößerte Magnetkraft, um der Lichtbogen in die Kammer zu drücken. Wenn sich der Lichtbogen in die Kammer hineinbewegt, wird er verlängert und durch die vorspringenden Rippen Z gekühlt. Somit wird der Lichtbogen schnell entionisier und dadurch gelöscht, so daß der Stromkreis unterbro chen wird.

Um die Übertragung des oberen Lichtbogenfußpunk tes von dem Lichtbogenkontakt 13 auf das erst« Hornteilstück 32 zu erleichtern, sind auf entgegenge setzten Seiten des bewegbaren Kontaktes 7 zwe vorspringende Zusatzelektroden 60 vorgesehen. Jed< dieser Elektroden ist aus einen lichtbogenbeständigei Material, wie z. B. Wolfram, hergestellt, das mit Kupfe oder Silber durchsetzt ist. Der zwischen den Kontakter 7 und 13 gezogene Lichtbogen berührt bei de Lichtbogenverlängerung eine der Zusatzelektroden wodurch der obere Fußpunkt des Lichtbogens an diese:

Elektrode hängenbleibt; sofort danach wandert de obere Fußpunkt in Richtung auf die Basis der Elektrodt auf dem Hornteilstück 32.

Bisher ist es üblich gewesen, in der Nähe der Basis de Zusatzelektroden 60 einen kleinen Schutzschild au hochtemperaturfestem Metall vorzusehen. Diese Schutzschild und die Elektroden 60 waren aus einen Stück gebildet, und der Schutzschild war auf da Hornteilstück 32 aufgelötet. In der Lichtbogenkamme gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wire diese Auflage weggelassen und statt dessen wird auf da Hornteilstück 32 ein Überzug aus hochtemperaturfe stern Metall hoher Leitfähigkeit thermisch aufgespritzt Dieser Überzug ist am besten bei 65 in der vergrößerter Querschnittsansicht nach F i g. 3 dargestellt. Es wird au dieser Figur deutlich, daß der Überzug 65 nicht nur ir dem unmittelbaren Bereich der Elektrode 60 angeord net ist, sondern daß er sich um die Krümmung in den Hornsegment 32 herum und auf der Länge de Segmentes bis zu dem isolierenden Abstandshalter 3( erstreckt. Jede Elektrode 60 weist an ihrer Basis einer Abschnitt 66 mit vermindertem Durchmesser auf, der ir ein Loch in dem Hornteilstück 32 hineinpaßt. Außerden ist zwischen den aneinander anliegenden Oberflächei der Elektrode 60 und dem Horn eine Lötverbindung 6' vorgesehen, um die Elektrode an dem Horn fes anzubringen. Der Überzug 65 überdeckt diese gelötet Verbindung 67 vollständig und trennt diese somit völlij gegenüber dem oben beschriebenen Lichtbogen.

Der Überzug 65 ist in dem Bereich der Elektrode Ö und von der Elektrode 60 entlang dem Hornteilstück 3: bis zu einem Punkt 69 (siehe Fig.3) relativ dick beispielsweise etwa 0,75 mm. In dem Bereich zwischei dem Punkt 69 und dem Punkt 70 ist die Überzugsdick stark vermindert, dort beträgt sie beispielsweise etwi 0,25 mm. Von dem Punkt 70 bis zu dem Ende de Hornteilstückes 32 ist der Überzug wieder dicker beispielsweise etwa 0,75 mm dick.

Auf jedem der übrigen Hornteilstücke 33 und 34 ist ein ähnlicher thermisch aufgespritzter Metallüberzug vorhanden.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Teilstücke des unteren Homes in der Nähe der isolierenden Abstandshalter 52 in der gleichen Weise wie die Teilstücke des oberen Hornes mit thermisch aufgespritzten Überzügen versehen. Es ist jedoch festgestellt worden, daß das Vorhandensein dieser Überzüge auf dem unteren Horn nicht so wichtig ist wie to auf dem oberen Horn. In vielen Anwendungsfällen ist es möglich, die Überzüge auf dem unteren Horn wegzulassen.

Der thermisch aufgespritzte Überzug wird vorzugsweise durch das Lichtbogenplasma-Spritzverfahren aufgebracht. Hierfür wird eine übliche Lichtbogenplasmaspritzpistole 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 Lichtbogenplasmastrahl geleitet, wo es geschmolzen und in Sprühtröpfchen aus geschmolzenem Metall umgewandelt wird, die bei einer großen Geschwindigkeit in dem Plasmastrahl 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. F i g. 4 ist eine etwas schematisch dargestellte vergrößerte Querschnittsansicht der MikroStruktur des Überzuges und zeigt die ausgebreiteten ineinandergreifenden Teilchen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel 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 Sandstrahlverfahren 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 so lange fortgesetzt, bis die gewünschte Überzugsdicke erhalten ist. In dem dargestellten Teilstück 32 des oberen Lichtbogenhornes ist der Überzug in dem Bereich der Elektrode 60 und an dem entgegengesetzten Ende des Teilstückes dicker gemacht worden, indem die Spritzpistole wiederholt über diese Bereiche des Hornes 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 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 21000 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 den gleichen Strömen nur ein Unterbrechungsfehler bei 14 Unterbrechungsversuchen festgestellt. Wenn der thermisch aufgespritzte Überzug über das gessamte Hornteilstück ausgedehnt wurde, wie es in F i g. 3 gezeigt ist, wurde bei praktisch gleichen Strömen sogar nur ein Unterbrechungsfehler bei 21 Unterbrechungsversuchen beobachtet. Alle diese Prüfungen wurden bei praktisch gleicher Spannung durchgeführt.

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 frei liegend, 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 hochtemperaturfesten Metallüberzug überdeckt. Da für den Lichtbogenfußpunkt kein Lötmetall 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 . Metalldampfmengen scheinen das Unterbrechungsvermögen zu verbessern. Weiterhin verkleinert auch die Tatsache, daß der Lichtbogen auf einem hochtemperaturfesten Metall brennt anstatt auf der in sehr viel größerem Umfang verdampfbaren Lötlegierung, 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 sind, die dem Lichtbogenfußpunkt auf der Oberfläche des Hornteilstückes 32 direkt ausgesetzt sind. Die Lichtbogenfußpunkte besitzen die Tendenz, sich an diesen Ungleichmäßigkeiten festzuhalten und dadurch würde die Bewegung entlang den Hörnern in die Lichtbogenkammer verzögert. Durch Vermeidung dieser Ungleichmäßigkeiten 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 Dampfwege 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 Lichtbogenteilstückes 32 aus Messing in der Mitte des Teilstückes auf einen seitlich begrenzten Pfad beschränkt ist. Bei dem erfindungsgemäßen aufgespritzten Überzug ist aber der Fußpunkt des Lichtbogens sehr viel stärker verteilt oder ausgearbeitet und erstreckt sich bei seiner Wanderung entlang der Hornlänge 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 Fußpunkt des Lichtbogens relativ schnell und aus diesem Grunde kann in diesem Bereich ein dünnerer Überzug verwendet werden, ohne das Risiko einzugehen, daß das darunterliegende Messing dem Lichtbogenfußpunkt ausgesetzt wird. In dem Bereich, in dem der Fußpunkt weniger schnell wandert, wird dem Überzug eine größere Dicke gegeben, so daß eine stärkere Lichtbogenerosion aufgenommen werden kann, ohne daß das darunterliegende 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 relativ dick gemacht, d. h. etwa 0,75 mm 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 Hornteilstück 33 überspringt.

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. Auflageplättchen oder Hüllen verwendet werden würden, so wäre es manchmal erforderlich, die gewünschte Dicke aus mehreren zusammengelöteten Schichten aufzubauen und dies würde auf nachteilige Weise noch mehr Lötmetall dem Lichtbogen aussetzen.

Weiterhin ist es bei so dünnen Hüllen, wie sie manchmal in gewissen Bereichen erwünscht sind, schwierig, mit einer aufgelöteten Auflage zu arbeiten und es würde dann eine relativ dicke Auflage verwendet werden. Dies ist aber unwirtschaftlich, da Material vorhanden ist, das für den Betrieb der Lichtbogenkammer nicht erforderlich ist.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der aufgespritzte Überzug aus einem zusammengesetzte ten Material aufgebaut, das ein hochtemperaturfestes Metall und ein Metall großer thermischer und elektrischer Leitfähigkeit enthält, wie z. B. Kupfer oder Silber. Es können jedoch auch thermisch aufgespritzte Überzüge aus reinem Wolfram oder Molybdän oder einem anderen hochtemperaturfesten Metall verwendet werden. Weiterhin ist ein Karbid von Wolfram oder Molybdän verwendbar.

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 Auftragsschicht 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 Hornkörpcr ein relativ großer Prozentsatz an hochtemperaturfestem Metall vorhanden ist.

Beispielsweise wurde eine Anordnung gefunden, die besonders gute Resultate bei der Unterbrechung großer Ströme lieferte. Hier waren die zunächst aufgespritzten Auflagen eine Mischung aus Wolfram und Kupfer und die letzte Auflage auf der freiliegenden Oberfläche bestand aus praktisch reinem Wolfram. Die Wolframauflage war im Vergleich zu der darunterliegenden 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. Daduich kann ein höherer Prozentsatz an hochtemperaturfestem Metall oder auch reines hochtemperaturfestes Metall in Gebieten starker Beanspruchung durch den Lichtbogen verwendet werden, wo die darunterliegenden Materialzusammensetzung wegen ihrer Duktilität oder anderer Eigenschaften weniger erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Lichtbogenkammer mit im Abstand angeordneten Seitenwänden aus Isoliermaterial und mit einem Paar im Abstand angeordneten, elektrisch leitenden, mit der Lichtbogenerosion entgegenwirkenden Auflagen versehenen Lichtbogenhörnern, auf denen die Fußpunkte des Lichtbogens bei seiner Bewegung in die Lichtbogenkammern hinein entlang wandern, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Lichtbogenhörner (30, 31) auf der dem Lichtbogen zugewandten Seite über seine gesamte elektrisch leitende Länge mit einem aufgespritzten Überzug (65) aus einem hochtemperaturfesten Metall oder Wolfram- oder Molybdänkarbid versehen ist.

2. Lichtbogenkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Abschnitt des Lichtbogcnhornes (30), in dem der entstehende Schaltlichtbogen auf das Horn übergeht, eine diesen Übergang erleichternde Zusatzelektrode (60) aus hochtemperaturfestem Material in das Lichtbogenhorn (30) eingesetzt und dort verlötet ist und der auf das Lichtbogenhorn aufgespritzte Überzug (65) die Lötstelle zwischen Lichtbogenhorn (30) und Zusatzelektrode (60) vollständig überdeckt.

3. Lichtbogenkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenhörner (30) aus mehreren Teilstücken (32, 33,34) bestehen, deren benachbarte Enden durch einen isolierenden Abstandhalter (36) getrennt sind.

4. Lichtbogenkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgespritzte metallische Überzug (65) auf den Teilstücken der Lichtbogenhörner (30, 31) in den Abschnitten, in denen der entstehende Schaltlichtbogen auf die Hörner übergeht, und im Bereich der isolierenden Abstandhalter (36) stärker ist als zwischen diesen Bereichen.

5. Lichtbogenkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgespritzte Überzug (65) ein elektrisch gut leitendes Metall enthält, dessen Leitfähigkeit größer ist als die des hochtemperaturfesten Metalles, wobei die zusammenhaftenden Teilchen des hochtemperaturfesten Metalles eine poröse Struktur bilden, in dessen Poren das gut leitende Metall angeordnet ist.

6. Lichtbogenkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hochtemperaturfeste Metall Wolfram oder Molybdän und das Metall großer elektrischer Leitfähigkeit Kupfer oder Silber ist.

7. Lichtbogenkammer nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozentgehalt des in dem Überzug vorhandenen Metalles großer Leitfähigkeit bei verschiedenen Dicken unterschiedlich ist.

8. Lichtbogenkammer nach Anspruch 5, 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.

9. Lichtbogenkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des aufgespritzten, metallischen Überzuges an seiner freiliegenden Oberfläche im wesentlichen nur aus dem hochtemperaturfesten Metall besteht und das Metall großer Leitfähigkeit unter dieser Schicht angeordnet ist.

10. Lichtbogenkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozentsatz des Metalles großer Leitfähigkeit auf der Länge des Überzuges unterschiedlich ist.