DE2131833B2 - Funkenstrecke für Ventilabieiter - Google Patents

Description

55

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenstrecke für Ventilabieiter mit magnetischer Löschung des Lichtbogens, bestehend aus mindestens zwei aufeinandergestapelten Scheiben aus lichtbogenbeständigem Isoliermaterial, einem zwischen den Scheiben liegenden Hohl- fio raum, aus an den Scheiben angebrachten metallischen Elektroden, die in dem Hohlraum nahe dem Umfang der Scheiben eine Zündstelle mit Zündstrecke und einen Auslaufweg für den über der Zündstrecke erzeugten Lichtbogen bilden, und aus den Funkenstrecken f\s zugeordneten Funkenlöschspulen in solcher Anordnung, daß der erzeugte Magnetfluß im Zentrum der Scheiben hauptsächlich rechtwinklig zu der Scheibenebene und am Umfang der Scheiben im wesentlichen parallel zu den Scheibenebenen verläuft (OE-PS

2 04109).

Ein solcher Ventilabieiter mit magnetischer Lichtbogenlöschung hat mehrere Funkenstreckenstapel mit einer oder mehreren Funkenlöschspulen und mit nichtlinearen Widerstandsblöckea Die Funkenstrecken liegen auf kreisförmigen Scheiben aus Isoliermaterial und sind so angeordnet, daß der Lichtbogen die ganze Zeit parallel zur Scheibenebene und rechtwinklig zu dem von den Funkenlöschspulen erzeugten axialen Magnetfeld liegt Dieses axiale Magnetfeld bewirkt auf bekannte Weise, daß der Lichtbogen gelängt, abgekühlt und zum Erlöschen gebracht wird.

Da aus naheliegenden Gründen die Höhe der Funkenstreckenstapel so klein wie möglich sein soll, gibt man den Elektroden kleine Ausmaße in axialer Richtung des Stapels, was zur Folge hat, daß die Elektrodenflächen, von denen der Lichtbogen ausgeht, verhältnismäßig klein werden. Bei hohen Strömen führt dies zu hoher Stromdichte und Erosion der Zündflächen. Mit zunehmender Erosion der Zündflächen an der Zündstelle nimmt die Schlagweite und damit auch die Zündspannung der einzelnen Funkenstrecken zu.

Die Aufgabe der Erfindung ist, bei einem Ventilableiter der einleitend beschriebenen Art die Elektroden so anzuordnen und auszubilden, daß die Elektroden an der Zündstelle große Zündflächen erhalten können, ohne daß hierdurch die axialen Abmessungen vergrößert werden. Zu diesem Zweck ist die Funkenstrecke so ausgebildet, daß die Elektroden an der Zündstelle übereinander und mit ihren Zündflächen parallel zur Scheibenebene liegen und daß von der Zündstelle aus die eine Elektrode sich im wesentlichen entlang dem Umfang der Scheiben und die andere Elektrode sich zu dem zentralen Teil der Scheiben erstreckt. Die Elektroden sind so geformt und angeordnet, daß die Zündstrecke, d.h. die Strecke zwischen den beiden Elektrodenflächen, die die Zündstrecke begrenzen, axial verläutt. Die Lichtbogenverlängerung unmittelbar nach Zündung des Lichtbogens wird in an sich bekannter Weise durch die exzentrische Lage der Zündstelle bewirkt, so daß der Lichtbogen von der horizontalen Komponente des Magnetfeldes beeinflußt und in tangentialer Richtung ausgedehnt wird. Dadurch. daD erfindungsgemäß die Flächen im Zündspalt parallel zu der Scheibe verlaufen, können sie größer gemachi werden, ohne deshalb die axiale Höhe des Stapels zu beeinflussen. Man kann also sehr viel höhere Ströme zulassen, ohne eine Erosion der Zündflächen und eine Veränderung der Zündspannung befürchten zu müssen Gemäß der Erfindung sind die Außenkanten dei Elektroden in der Scheibenebene gekrümmt, und die beiden Elektroden, die eine Funkenstrecke bilden, sind verschiedenartig gekrümmt, so daß sich der Abstand zwischen ihnen von der Zündstelle nach außer vergrößert. Der axiale Abstand der Elektroden ist abei im wesentlichen unverändert. Diese Anordnung dei Elektroden hat zur Folge, daß sich der Lichtbogen ir demselben Maß wie er von der Zündstelle au; verlängert wird und sich von der Zündstrecke zurr Auslaufweg bewegt, von im wesentlichen vertikale) Richtung in im wesentlichen horizontale Richtung dreht wobei er gleichzeitig unter den Einfluß der vertikaler Komponente des Magnetfeldes gerät. Mit Auslaufweg ist hier der Weg zwischen den Elektroden gemeint, derr der Lichtbogen folgt, wenn er sich unter Einwirkung de; Magnetfeldes und der Lichtbogenkräfte von dei

Zündstelle zu den freien Enden der Elektroden bewegt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der beigefügten Zeichnung beschrieben, in dieser zeigt

Fig.l einen Vertikalschnitt dutch einen Funkenstreckenstapel eines Ventilableiters gemäß der Erfindung,

Fig.2 einen Horizontalschnitt nach Linie U-H in Fig.l.

F i g. 3 eine einzelne Scheibe mit Elektroden,
Fig.4 einen Vertikalschnitt nach Linie IV-IV in Fig.3,

F i g. 5 einen Schnitt nach Linie V-V in F i g. 3,
F i g. 6 eine Draufsicht auf eine Scheibe und
F i g. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VH in F i g. 6.
Fig.l zeigt einen Schnitt durch einen Funkenstrekkeiistapel eines Ventilableiters. Der Stapel hat eine Funkenlöschspule 1, mehrere Scheiben 2, auf denen die Elektroden angebracht sind, die die Funkenstrecken bilden, und einen nichtlinearen Widerstandsblock 3. Ein vollständiger Ventilabieiter umfaßt in der Regel eine Reihe solcher Stapel, die übereinander angeordnet sind. Über der Funkenlöschspule 1 liegt eine ringförmige Metallscheibe 4. die bei S an der Spule angeschlossen ist. Die Scheiben 2. auf denen die Elektroden angebracht sind, sind aus lichtbogenbeständigem Isoliermaterial. Die obere Scheibe, die an einer Metallscheibe 6 anliegt, hat auf ihrer Unterseite eine Elektrode 7. Die Elektrode ist an der Scheibe mit einem Niet 9 festgenietet, der durch die Scheibe 2 geht und an der Metallscheibe 6 anliegt. Die obere Scheibe 2 ist eben, während die übrigen rundherum einen aufwärtsgerichteten Flansch tO haben, so daß sich zwischen zwei Platten ein Hohlraum 11 bildet. Die beiden mittleren Scheiben haben an ihren Oberseiten je eine Elektrode 8 und an den Unterseiten je eine Elektrode 7. Die Elektroden sind miteinander verbunden und mit dem genannten Niet 9 an der Scheibe 2 befestigt.

Die beiden Elektroden 7 und 8, die sich bei aufeinandergestapelten Scheiben 2 in demselben Hohlraum 11 befinden, bilden eine Funkenstrecke, über der ein Lichtbogen entsteht, wenn der Ventilabieiter zündet. I m den Punkt auf der Elektrode zu bestimmen, an dem der Überschlag zwischen den beiden Elektroden geschehen soll, wird zumindest die eine Elektrode mit einer etwas erhöhten Zündfläche 12 versehen. Zweckmäßigerweise versieht man jedoch beide Elektroden mit einer Zündfläche. Wie aus Fig.l hervorgeht, liegen die Zündflächen parallel zur Scheibe 2, so daß man die Zündflächen größer halten kann, was bei großen Ableitströmen vorteilhaft ist. Einmal wird dabei die Stromdichte geringer und zum anderen kann man damit rechnen, daß der Lichtbogen nicht immer genau von demselben Punkt der Zündfläche ausgeht, wenn ein neuer Lichtbogen entsteht. Beide Umstände tragen dazu bei, die Erosion auf der Zündfläche zu vermindern, die Lebensdauer der Funkenstrecke zu vergrößern und der Änderung der Schlagweite entgegenzuwirken, die einer Erosion der Zündflächen folgt.

Wie aus Fig.2 hervorgeht, sind die Elektroden gekrümmt und verschieden lang. Die Elektrode 8 ist am längsten und ihre Außenkante im wesentlichen konzentrisch zum Umfang der Scheibe 2. Sie liegt nahe der Innenseite des Flansches 10. Die Elektrode 7 ist stärker gekrümmt, und ihre Außenkante erstreckt sich zu dem zentralen Teil der Scheibe 2. Die Elektroden sind so geformt, daß der Abstand zwischen zwei in ein und demselben Hohlraum angeordneten Elektroden sukzessive von der Zündstelle bis zu den freien Enden der Elektroden zunimmt

Da die Funkenlöschimpulse 1 an dem einen Ende des Fi-nkenstreckenstapels liegt und die Löschbogenräume am Umfang der Scheiben angeordnet sind, werden diese von einem inhomogenen Magnetfluß 0 durchflossen, der mit gestrichelten Linien im linken Teil der Fig. 1 gezeigt ist Der Fluß, der durch einen Lichtbogenraum geht, kann also z. B. aus einer horizontalen und einer

ίο vertikalen Komponente bestehen. Im Zündaugenblick ist der Lichtbogen vertikal und wird von der horizontalen Komponente des Flusses beeinflußt, so daß er sich im Uhrzeigersinn bewegt Wenn der Lichtbogen so lang geworden ist, daß seine Fußpunkte auf den Elektroden nicht mehr übereinanderüegen, beginnt der Hauptteil des Lichtbogens seine Richtung zu ändern, und zwar von im wesentlichen rechtwinkliger Richtung zu den Scheiben in eine Richtung, die sich mehr und mehr parallel zu den Scheiben erstreckt, in demselben Maß wie der Lichtbogen ausläuft und sein Weg größer wird. Indem der Bogen die Richtung ändert, gerät er mehr und mehr unter den Einfluß der vertikalen Komponente des Magnetfeldes, so daß er nach außen getrieben und länger wird.

In dem Bereich außerhalb der freien Enden der Elektroden bildet der Hohlraum 11 eine Löschkammer 13 mit niedrigerer Höhe als der Hohlraum. Die Löschkammer beginnt ungefähr bei der gestrichelten Linie 14 in F i g. 2. In der Löschkammer nimmt die Länge des Lichtbogens zu, und auf Grund des immer kleiner werdenden Abstandes zwischen den Begrenzungsflächen wird der Lichtbogen abgekühlt. Dies ist eine bei Ventilableitern bekannte Anordnung.
Zwischen der Löschkammer 13 und dem Befestigungspunkt der Elektroden ist eine Wand IS aus Isoliermaterial angeordnet, so daß sich ein Raum 16 bildet, der von der Löschkammer getrennt ist. In diesem Raum werden eine erforderliche lonisierungsanordnung für die Zündstelle und eventuelle Steuerimpedanzelemente angeordnet.

Bei der in Fig.l gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroden an der Befestigungsstelle vollkommen eben durch und die Niete 9 verbunden. Bei einem Ableiter für hohe Ströme muß der Niet stark sein,

4S um der Strombelastung widerstehen zu können. Das führt zu einer gewissen Komplikation bei der Befestigung der Elektroden. F i g. J, 4 und 5 zeigen eine andere Möglichkeit, die besonders fur hohe Ströme geeignet ist. Die Scheiben 2 haben hier ein Loch 18 und die

so Elektroden einen in das Loch hineinragenden Teil 17, dessen Höhe ungefähr der halben Dicke der Scheibe entspricht. Die Elektroden sind miteinander durch einen Niet 19 verbunden, so daß die Teile 17 der Elektroden Kontakt miteinander haben und die Stromübertragung zwischen den Elektroden direkt geschieht. Dadurch wird es möglich, kleine Niete zu verwenden, z. B. Rohrniete, die leicht zu nieten sind, und man erhält gleichzeitig eine große Kontaktfläche zwischen den Elektroden.

Bei den bisher gezeigten Ausführungsformen sind die Elektroden aus Blech und liegen voll und ganz in der Ebene der Scheibe 2. Wenn der Lichtbogen so lang geworden ist, daß er im wesentlichen horizontal läuft, hat er seine Fußpunkte auf den verhältnismäßig schmalen Kanten der Elektroden, was zu großer Stromdichte am Fußpunkt führt. Eine Möglichkeit, die Kontaktfläche zwischen Elektroden und Lichtbogen zu vergrößern, besteht darin, daß man die Elektrode eine

Vierteldrehung herumdreht und mit dieser Drehung beginnt, wenn der Lichtbogen beginnt, sich zu drehen. Das Drehen kann kontinuierlich entlang einer bestimmten Strecke oder etwas absatzweise vor sich gehen, wenn die Elektroden verhältnismäßig scharf gebogen sind. Da die Laufgeschwindigkeit für den Lichtbogenfußpunkt, der auf der äußeren Elektrode 8 läuft, am größten ist, ist es oft ausreichend, diese Elektrode herumzudrehen. F i g. 6 und 7 zeigen, wie die Elektrode 8 eine Vierteldrehung herumgedreht ist. Am Befestigungspunkt und der Zündstelle ist die Elektrode völlig , parallel mit der Scheibe, aber an einem Punkt 20, wo der * Lichtbogen sich von rein vertikaler Lage wegzudrehen beginnt, beginnt auch die Elektrode sich um ihre Längsrichtung zu drehen, und die Drehung ist vorzugsweise so gewählt, daß der Lichtbogen im wesentlichen rechtwinklig zu der Elektrodenfläche verläuft. Die Drehung kann mehr oder weniger schnell erfolgen, als Grenzwert kann man sich eine starke Biegung der Elektrode um 90° denken. Auch eine Drehung der inneren Elektrode ist denkbar, wenn diese auch im allgemeinen keine so ausgeprägten Vorteile hat wie die Drehung der äußeren Elektrode.

Um ein Wiederzünden des Lichtbogens quer über den Auslaufweg zwischen den freien Enden der Elektroden 7 und 8 zu vermeiden, wenn der Lichtbogen so lang ist, daß er sich weit in der Löschkammer befindet und hohen Spannungsabfall hat, kann es in gewissen Fällen notwendig sein, eine Funkensperre 21 zwischen den Elektrodenenden anzuordnen.

Die Funkensperre kann aus einer aus der Scheibe herausragenden Rippe aus keramischem Material oder einer in der Scheibe befestigten Metallscheibe bestehen. Die Funkensperre verhindert, daß sich die kräftige Ionisierung, die an den Lichtbogenfußpunkten auf den Elektroden entsteht, auf die entgegengesetzte Elektrode auswirkt. Diese Erscheinung ist bei hohen Strömen und lang dauernden Lichtbogen mehr ausgeprägt. Die Anordnung der Funkensperre ist in F i g. 1 und 2 gezeigt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Funkenstrecke für Ventilabieiter mit magnetischer Löschung des Lichtbogens, bestehend aus s mindestens zwei aufeinsndergestapelten Scheiben aus lichtbcgenbeständigem Isoliermaterial, einem zwischen den Scheiben liegenden Hohlraum aus an den Scheiben angebrachten metallischen Elektroden, die in dem Hohlraum nahe dem Umfang der Scheiben eine Zündstelle mit Zündstrecke und einen Auslauf weg für den über der Zündstrecke erzeugten Lichtbogen bilden, und aus den Funkenstrecken zugeordneten Funkenlöschspulen in solcher Anordnung, daß der erzeugte Magnetfluß im Zentrum der Scheiben hauptsächlich rechtwinklig zu der Scheibenebene und am Umfang der Scheiben im wesentlichen parallel zu den Scheibenebenen verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7,8) an der Zündstelle übereinander und mit ihren Zündflächen parallel zur Scheibenebene liegen und daß von dei Zündstelle aus die eine Elektrode (8) sich im wesentlichen entlang dem Umfang der Scheiben (2) und die andere Elektrode (7) sich zu dem zentralen Teil der Scheiben erstreckt.

2. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7, 8) langgestreckt und nahe ihres einen Endes auf der Scheibe (2) befestigt sind, während das andere frei ist.

3. Funkenstrecke nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Zündfläche (12) der Elektrode (7,8) in der Nähe der Stelle liegt, an der die Elektrode an der Scheibe (2) befestigt ist.

4. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündfläche (12) auf einer Elektrode zwischen der Befestigung der Elektrode an der Scheibe (2) und dem freien Ende der Elektrode liegt.

5. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7, 8) eine Ausprägung (17) haben und die Scheiben (2) ein Loch (18) und daß die Ausprägungen zweier Elektroden innerhalb des Loches (18) durch einen Niet (19) od. dgl. verbunden sind, so daß die Elektroden direkten metallischen Kontakt miteinander haben.

6. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die eine der beiden Elektroden (8), die einen Auslaufweg für den Lichtbogen bilden, eine Vierteldrehung um ihre Längsrichtung verdreht ist, wobei aber der Teil der Elektrode, der die Befestigungsstelle und die Zündstelle (12) bildet, in Scheibenebene liegt.