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Lichtbozenlöschkammer
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Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenlöschkammer mit einer der Kontaktstelle
eines Schalters zugeordneten Lösch- oder Kühlblechanordnung, in die ein an der Kontaktstelle
entstehender Schaltlichtbogen einläuft, darin gekÜhlt und gelöscht wird.
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Derartige Lichtbogenlöschkammern werden bevorzugt in selbstschaltende
Leistungsschalter oder in Leitungsschutzschalter und dergleichen eingebaut; sie
dienen dort dazu, den an der Kontaktstelle entstehenden Schaltlichtbogen zu kühlen
bzw. zu löschen.
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Man unterscheidet dabei sogenannte Nullpunktlöscher, bei denen in
Abstand zueinander angeordnete Kühlbleche vorgesehen sind, oder strombegrenzende
Schalter, bei denen sogenannte Lichtbogenlöschblechpakete vorgesehen sind.
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Die einzelnen Bleche besitzen zur Kontaktstelle hin sich öffnende
V- oder U-förmige Einschnitte, wodurch eine
magnetische Saugwirkung
entsteht, durch die der Lichtbogen zwischen die Löschbleche hineingezogen wird.
Je nach Ausführung wird der Lichtbogen entweder in diesem Ausschnitt gekühlt, in
dem ihm Energie entzogen wird, und gelöscht, wie dies bei sogenannten Nullpunktlöschern
mit einer Kühlkammer der Fall ist, oder aber der Lichtbogen wird weiter in die Blech
zwischenräume geführt und dort entsprechend der Zahl der Blechzwischenräume in Teillichtbögen
aufgeteilt, so daß an den Fußpunkten je ein Spannungsabfall auftritt, die der treibenden
Spannung entgegenwirkt und so den Strom zu Null zwingt. Man bezeichnet das letztere
Prinzip als Deion-Prinzip, das auch zur Löschung von Gleichstrom verwendet werden
kann.
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Man kennt Lichtbogenlöschbleche, die verkupfert sind und zur besseren
Wärmeableitung und damit Kühlung des Lichtbogens dienen. In der Do-OS 26 16 825
ist eine Deion-Löschkammeranordnung beschrieben, bei der in den beiden außenliegenden
Zwischenräumen zwischen den Blechen Isoliermaterialien eingebracht sind, die diese
beiden Teillichtbögen auf ein engeres Volumen begrenzen sollen.
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Bei Null-Punkt-Löschern ist bei einem KurzschluR nicht immer eine
hundertprozentige Löschsicherheit gegeben.
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Bei strombegrenzenden Schaltgeräten mit Deion-Löschkammern brennt
der Lichtbogen selten stabil in der Löschkammer; es kommt oft zu Rückzündungen im
Blechausschnitt oder gar noch davor. Hinter den Lichtbogenlöschblechen müssen Vorkehrungen
getroffen werden, daß sich der Lichtbogen dort nicht wieder kurzschlieRt. Dies wird
teilweise dadurch erreicht, daß die Lichtbogenlöschkammer von einer Umhüllung aus
elektrisch isolierendem Material, bspw. Fiberpapier umgeben wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Löschkammer der eingangs genannten
Art zu schaffen und dabei insbesondere die Bleche so auszugestalten, daß die Löschsicherheit
erhöht, die Kurzschlußstrombegrenzung verbessert, die Konstruktion vereinfacht und
der Lichtbogen in der Löschkammer stabilisiert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Blech
mit einem gas- oder dampfabgebenden Material zumindest einseitig zumindest teilweise
belegt ist, das unter Einfluß des Lichtbogens verdampft und den Lichtbogen beeinfluRt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann dahingehen, daß die
Laufschiene eine an der Lauffläche des Lichtbogenfußpunktes erhabene Sicke aufweist,
wobei die Laufschiene beidseitig zur Sicke mit gasabgebendem isoliermaterial belegt
ist, so daß sich der Fußpunkt des Lichtbogens auf der erhabenen Fläche der Sicke
bewegt.
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Dabei kann gemäß Anspruch 3 zur Beschichtung Zink oder gemäß Anspruch
5 gasabgebender Isolierstoff verwendet werden.
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Wenn man die Lichtbogenlöschbleche, also die Bleche für die sogenannten
Deionkammern, verzinkt, wobei die Bleche einzeln galvanisiert oder aber aus verzinkten
Stahlbändern gestanzt werden können, dann brennt der Lichtbogen in Einzellichtbögen
zwischen den Blechen, wobei die Lichtbogenfußpunkte durch die Zink-Dampfschicht
eingeschnürt und in ihrer Beweglichkeit stark behindert werden. Dies mag zwar einen
geringfügigen Nachteil bringen; die Zink-Dampfschicht jedoch beeinflußt die Lichtbogensäule,
so daß die Säule "steif" wird und dadurch die einzelnen Teillichtbögen extrem stabil
in der Lichtbogenlöschkammer brennen. Zwar ist das Verzinken
von
Blech allgemein bekannt; die Zinkschicht dient aber lediglich dem Korrosionsschutz.
Bethichtet man gemäß Anspruch 4 die einzelnen Lichtbogenlöschbleche im hinteren
Bereich - in Lichtbogenlaufrichtung gesehen -, dann werden die Teillichtbögen zwischen
den Blechen im hinteren, verzinkten Bereich ''festgehalten", wodurch ein Kurzschließen
einzelner Teillichtbögen im Blechausschnitt oder gar in der Lichtbogenvorkammer,
also vor dem Lichtbogenlöschblechpaket, wohin die Teillichtbögen ohne Beschichtung
getrieben werden können, vermieden wird.
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Daß Zink diese Wirkung hat, ist aus der Literaturstelle R.Michal,
"Reduced Arc Motion between flat Electrodes?V, Script der 11. Konferenz "Switching
Arc Phenomena", Lodz 1981 bekannt, in welchem Script die stabilisierende Wirkung
von Zink-Dampf auf den Lichtbogen beschrieben wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann dahingehen, die Lichtbogenlöschbleche
mit unter Lichtbogeneinwirkung (Temperatureinwirkung) stark gasabgebenden Isoliermaterialien
zu beschichten. Durch das abdampfende Gas wird die Lichtbogensäule intensiv gekühlt.
Bei sogenannten Nullpunktlöschern wird dadurch eine höhere Löschsicherheit erreicht,
so daß sich das KurzschluS-schaltvermögen steigern läßt. Bei Deion-Löschkammern
kann bei gleicher Blechzahl die Lichtbogenspannung bis zu 30% erhöht werden, wodurch
eine intensivere Kurzschlußstrombegrenzung erreicht wird. Zusatzlich können die
Teillichtbögen durch das abgedampfte Gas in der Löschkammer stabilisiert werden.
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Es ist vorteilhaft, die Löschbleche in der in Anspruch 6 und 7 beschriebenen
Weise zu beschichten; es ist ferner
vorteilhaft, die Löschblechenden
vollständig mit Isoliermaterial gemaß Anspruch 8 zu überziehen, so daß Abluftmasken
oder Abdeckungselemente aus isolierendem Material, bspw. aus Fiberpapier, zur Verhinderung
der Querzündung des Lichtbogens hinter dem Lichtbogenlöschblechpaket entfallen können.
Durch die intensivere Strombegrenzung wird die thermische Belastung des Schaltgerätes
und des Schutzobjektes durch den KurzschluRstrom reduziert. Wenn die Höhe der Lichtbogenspannung
mit konventioneller Löschkammer, also mit Löschkammer ohne jegliche Beschichtung,
ausreichend ist, so kann mit Beschichtung entweder durch Zink oder durch isolierendes
Material die Löschblechzahl reduziert werden. Dadurch wird der Blechabstand größer
und die Volumenverengung von der Lichtbogenvorkammer, also dem Bereich vor dem Löschblechpaket,
zur Lichtbogenlöschkammer im Löschblechpaket bezogen auf den Strömungskanal geringer,
so daß ein schnellerer. Lichtbogeneinlauf in das Löschblechpaket und damit eine
bessere KurzschluB-strombegrenzung erreicht werden können. Diese Löschbleche sind
ebenfalls aus beschichtetem Bandmaterial fertigbar.
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Dadurch, daß die Lichtbogenlaufschiene mit der Sicke gemäR kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 2 versehen ist, bleibt die Sicke die wesentliche Lauffläche
für den Lichtbogenfußpunkt, und durch das daneben angeordnete gasabgebende Isoliermaterial
wird der Lichtbogenfußpunkt zusätzlich auf der Sicke konzentriert und durch den
Gasdampf eine höhere Lichtbogenlaufgeschwindigkeit erreicht.
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Alles das, was über die Löschbleche ausgesagt ist, gilt auch für die
Kühlbleche.
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Anhand der Zeichnung in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt sind, sollen die Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
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Es zeigt: Figur 1 eine Einsicht in einen geöffneten Nullpunktlöscher
Figur 2 ein Löschblech für den Nullpunktlöscher, Figur 3 eine Einsicht in einen
geöffneten Leitungsschutzschalter zur Strombegrenzung, Figur 4 zwei Formen von Lichtbogenlöschblechen,
Fig. 5,6 zwei Ausgestaltungen einer Beschichtung, Figur 7 eine dritte Ausgestaltung
einer Beschichtung und Figur 8 eine Schnittansicht mit perspektivischer Darstellung
einer Lichtbogenlaufschiene.
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Die Figur 1 zeigt einen sogenannten Nullpunktlöscher.
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Dies ist ein Leitungsschutzschalter für relativ niedrigen Strom und
relativ niedrige Kurzschlußsttrombelastung. Er besitzt eine im allgemeinen sockelförmige
Kontur, wobei in dem Sockelunterteil 12 mehrere Lichtbogenkühlbleche 14, auf deren
einen Seite eine Lichtbogenlaufschiene 16 angeordnet ist, eingebaut sind. Das Schaltgerät
10 besitzt ein Schaltschloß 18, das mit einem Schaltknebel 20 zusammenwirkt, und
einen elektromagnetischen Auslöser 22, der auf einen Kontakthebel 24 mit einem beweglichen
Kontaktstück 26 einwirkt, das
mit einem an der Lichtbogenleitschiene
16 angeordneten Festkontaktstück 28 eine Kontaktstelle bildet. Das Schaltgerät besitzt
auch einen thermischen Auslöser, der aber nicht dargestellt ist. Es ist als solches
bekannt und im Handel erhaltlich.
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Wenn die Kontaktstelle 26/28 geöffnet wird, dann entsteht zwischen
den beiden Kontaktstücken 26 und 28 ein Lichtbogen, der in die Kühl-Blechanordnung
14 einläuft und darin gekühlt wird. Ein Kühlblech 14 ist in der Figur 2 in Aufsicht
dargestellt. Es ist ein rechteckiges Blech mit einer Aussparung 30 an der der Kontakt
stelle zugewandten Bereich. Dieses Lichtbogen-Kühlblech ist in bevorzugter Weise
mit gasabgebendem, isolierendem Material beschichtet, wobei die Möglichkeit besteht,
das Kühlblech auf einer Seite oder aber auch beidseitig zu beschichten.
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Die Figur 3 zeigt einen strombegrenzenden Schalter 110 in schematischer
und nur auf seine wesentlichen Teile begrenzter Darstellung. Dieser strombegrenzende
Schalter besitzt ein Schaltschloß 112 bzw. einen elektromagnetischen Auslöser 44;
nicht dargestellt ist der bei derartigen Schaltgeräten normalerweise vorhandene
thermische Auslöser, der auf das Schaltschloß 112 einwirkt.
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Das Schaltschloß 42 und der magnetische Auslöser 44 wirken beide auf
einen Kontakthebel 116 ein, der ein bewegliches Kontaktstück 48 trägt, das mit einem
Festkontaktstück 50 an einer Lichtbogenleitschiene 52 zusammenwirkt. An dem nicht
näher dargestellten Joch des magnetischen Auslösers 44 ist eine Lichtbogenleitschiene
54 angeformt, die in Abstand und parallel zu der Lichtbogenleitschiene 52 verläuft;
diese nehmen ein aus einzelnen Lichtbogenlöschblechen 56 zusammengesetztes, eine
Einheit bildendes Lichtbogenlöschblechpaket zwischen
sich. Im Falle
einer Schalthandlung läuft der zwischen den Kontaktstücken 118 und 50 entstehende
Lichtbogen auf den Lichtbogenleitschienen 52 und 511 entlang und wird durch die
besondere Form der Lichtbogenlöschbleche 56 in die Teilräume zwischen diesen eingesaugt.
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Die Figur 4 zeigt bekannte Formen von Löschblechen; man erkennt eine
etwa U-förmige Aussparung 58, an die sich eine annähernd V-förmige Aussparung 60
anschließt. Die Aussparung in Figur 4 rechts, 62, ist im wesentlichen U-förmig.
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In der Figur 5 und in der Figur 6 ist je eine Ausführung eines erfindungsgemäßen
Lichtbogenlöschbleches 56 gezeigt. Nach Figur 5 besitzt es wie das Lichtbogenlöschblech
gemäß Figur 4 rechts die U-förmige Aussparung 62 und ist bis auf den schraffierten
Bereich 66, der sich an den Ausschnitt 62 anschließt, mit einer Schicht 64 aus isolierendem,
gasabgebendem Material beschichtet.
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Die Form der schichtfreien Fläche 66 ist rechteckig, wobei die längere
Achse in Richtung des Lichtbogenlaufes, Pfeilrichtung A, verläuft.
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In der Figur 6 ist eine weitere Ausgestaltung eines Löschbleches 56
dargestellt; an die rechteckige Flache 66 schließt sich eine annähernd elliptische
Erweiterung 68 an, deren längere Achse quer zur Lichtbogenlaufrichtung A verläuft.
Die beiden Bereiche 66/68 sind dann frei.
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Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Beschichtung eines Lichtbogenlöschbleches 56. Man erkennt wieder die Aussparung
62 und den schraffierten, beschichtungsfreien Bereich 70. Am Ende des Lichtbogenlöschbleches
56 befindet sich eine quer
zur Lichtbogenlaufrichtung verlaufende
und das gesamte Ende des Lichtbogenlöschbleches 56 abdeckende Schicht 72 aus elektrisch
isolierendem, gasabgebendem Material.
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Dieser Bereich kann anstatt mit isolierendem Material auch mit Zink
beschichtet sein.
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Die Beschichtungen gemäß Figur 5 und 6 können auf einer Seite oder
beidseitig, also auf jeder Fläche eines Lichtbogenlöschbleches vorgesehen sein;
es besteht auch die Möglichkeit, die Beschichtung gemäß den Figuren 5 und 6 auf
einer Seite und die Beschichtung gemäß Figur 7 auf der anderen Seite vorzusehen.
NatiIrlich besteht auch die Möglichkeit, ein Lichtbogenlöschblech herzustellen,
das eine Beschichtung 72 auf beiden Seiten trägt. Alle diese Maßnahmen sind bei
beliebigen Blechausschnitten (U, V) anwendbar, und zwar nicht nur bei Löschblechen
für den Schalter gemäß Figur 3, sondern auch bei Kühlblechen für den Schalter gemäß
Figur 1.
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Zur zusätzlichen Verbesserung der Lösch-Eigenschaften kann, wie in
Figur 8 gezeigt, die Lichtbogenleitschiene 52 im Bereich der Lichtbogenlöschbleche
56, also auf ihrem Schenkel 53 mit einer in Längsrichtung bzw. in Lichtbogenlaufrichtung
verlaufenden Sicke 80 versehen sein, die hin zum nächsten Lichtbogenlöschblech 56
vorgewölbt ist und eine Lichtbogenlauffläche 82 bildet.
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Beidseitig zu der Lichtbogenlauffläche 82, also beidseitig zu der
Sicke 80, sind Beläge 84 und 86 aus elektrisch isolierendem, gasabgebendem Material
angebracht.
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Der Lichtbogenfußpunkt wird aufgrund der Sicke auf dieser Sickenfläche
82 konzentriert, und zusätzlich durch den Gasdampf wird eine höhere Lichtbogenlaufgeschwindigkeit
erreicht.
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Insgesamt wird bei den Anordnungen gemäß Figur 2, Figur
5
und 6 im wesentlichen eine verbesserte Lichtbogenlaufgeschwindigkeit und eine bessere
Stabilisierung des Lichtbogens bzw. des Teillichtbogens zwischen zwei sich gegenüberliegenden
und benachbarten Lichtbogenlöschblechen erreicht. Die Beschichtungen der Löschbleche
gemäß den Figuren 5 , 6 und 7 im Endbereich jedes Bleches dienen zur Verhinderung
von Rückzündungen am hinteren Ende jedes Lichtbogenlöschblechpaketes.
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In den Figuren 1 bis 8 sind Lichtbogenlöschbleche gezeigt, die mit
gasabgebendem, isolierendem Material beschichtet sind.
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Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Beschichtungen nicht
nur aus Isolierstoff herzustellen, sondern auch aus Zink. Das Zink allerdings wird
im allgemeinen über die gesamte Fläche verteilt, so daß jedes Lichtbogenlöschblech
verzinkt ist. Die einzelnen Lichtbogenlöschbleche, deren Form die der Figur 2, 11,
5, 6 und 7 aufweisen können, können natürlich auch aus verzinktem Stahlblech ausgestanzt
werden. Eine eigenständige Zeichnung ist, da die Zinkbeschichtung relativ dünn ist,
nicht erforderlich.
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