DE3534821A1 - Funkenschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Funkenschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei den bisher bekannten Funkenschaltern dieser Art hat man meist zwei im Abstand zueinander veränderliche Kupferblechhohlkugeln mit einem Durchmesser von etwa 250 mm für eine Stufenspannung von 250 kV verwendet. Die unausbleibliche Verschmutzung solcher Kugelpaare verursacht vielfach undefinierbare Zündzeitpunkte so­ wie auch Frühzündungen. Um dies zu vermeiden, hat man die Kugelpaare beispielsweise in Plexiglaszylinder ein­ geschlossen. Aber auch diese Maßnahme führte nicht zum Ziel, denn es waren trotzdem meist mehrere Reinigungs­ überschläge bis zur Stabilisierung der Ansprechspan­ nung notwendig. Diese Reinigungsüberschläge verursachen längere Verlustzeiten für vielfach mehrere Bedienungs­ personen im Prüffeld. Abgesehen davon erfordern Kugel­ paare mit einem Durchmesser von 250 mm einen ganz er­ heblichen Raum im Prüffeld.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fun­ kenschalter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der sich durch eine vollständige Kapselung auszeichnet und der sich durch veränderliche Parameter, wie veränderlicher Elektrodenabstand und/oder veränderlicher Druck im Ge­ häuse, für einen sehr weiten Spannungsbereich einsetzen und sich gleichzeitig äußerst induktivitätsarm und raum­ sparend herstellen läßt. Er soll ferner auch für hohe und höchste Ströme geeignet sein und gegebenenfalls mit einer Triggerung ausgestattet werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Funkenschalter der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruches 1 gelöst.

Um einen möglichst weiten Ansprechspannungsbereich zu erreichen, werden der Gasdruck im Gehäuse und/oder der Elektrodenabstand durch ein mechanisches Stellglied so geändert, daß gleichzeitig ein Sollwert der Ansprechspan­ nung mit optimalem Ausnutzungsgrad einstellbar ist.

Um die Funkenstrecke zu einem gewollten, definierten Zeitpunkt extrem kurzfristig zum Durchzünden zu bringen, ist am metallischen Gehäuseteil ein topfförmiges Ansatz­ stück angeordnet, das ein elektronisches Gerät zur Erzeu­ gung einer kurzzeitigen Hochspannung zur Zündung der Fun­ kenstrecke, sowie eine Impulse verarbeitende Schaltung aufnimmt, wobei zur Übertragung der Impulse ein Glasfaser­ lichtleiter dient.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 im Längsschnitt einen Funkenschalter gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in der Ansicht und teilweise im Längsschnitt eine abgewandelte Gehäuseform eines Funken­ schalters gemäß der Erfindung und

Fig. 3 in der Ansicht und teilweise im Längsschnitt eine weitere abgewandelte Gehäuseform eines Funkenschalters gemäß der Erfindung.

Der Funkenschalter 1 besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 2, das aus einem metallischen, wenigstens an­ nähernd halbkugelförmigen Teil 3 und aus einem zwei­ ten, wenigstens annähernd halbkugelförmigen Teil 4 ganz oder teilweise aus Isolierstoff zusammengesetzt ist. Die beiden Gehäuseteile 3, 4 sind unter Zwischenfügung eines Dichtungsringes 5 mit Hilfe von Schrauben 6 zu einer Vollkugel gas- oder flüssigkeitsdicht miteinander verbunden.

Das metallische Gehäuseteil 3 bildet gleichzeitig die eine der beiden Elektroden der Funkenstrecke des Funken­ schalters 1. Die Gegenelektrode 7 ist wenigstens an­ nähernd halbkugelförmig ausgebildet und sie ist auf einem Schaft 8, beispielsweise mittels eines Gewindes, befestigt. Der Schaft 8 ist in Richtung des Doppelpfei­ les 9 in einer Bohrung 10 eines Fortsatzes 11 des Ge­ häuseteiles 4 aus Isolierstoff beweglich angeordnet. Auf diese Weise kann der Abstand A der kugeligen Gegen­ elektrode 7 zur ebenfalls als Elektrode dienenden Innen­ wand des metallischen Gehäuseteiles 3 verändert werden. Die beiden Dichtungen 12 dienen zur Abdichtung des Ge­ häuseinnenraumes 13 gegenüber der Atmosphäre. Der Schaft 8 geht in einen Gewindeteil 14 über, der zur Aufnahme eines Schneckenrades 15 mit Innengewinde dient, das in einen Hohlraum 16 untergebracht ist, der von dem abgeflachten Teil des Isolierstoffgehäuseteiles 4 und dem mit diesem zusammengeschraubten Flanschteil 17 ge­ bildet wird. Das Schneckenrad 15 wird über eine Schnecke 18 gedreht. Je nach der Drehrichtung der Schnecke 18 wird der sich nicht drehende, sondern nur in Doppelpfeil­ richtung verschiebbare Gewindeteil 14 bewegt. An der Mit­ drehung des Gewindeteiles 14 und des sich anschließenden Wellenstumpfes 19 werden diese Teile durch einen Stift 20 gehindert, der in die Längsnut 21 hineinragt. Der Wellenstumpf 19 ist in einer im Flanschteil 17 be­ festigten metallischen Hülse 22 gelagert, die auch gleichzeitig eine Ausnehmung 23 für die Aufnahme eines Multikontaktbleches 24 aufweist.

Die metallische Hülse 22 weist an ihrem Gewindestutzen 25 ein Außengewinde 26 auf, das zur Aufnahme einer Überwurf­ mutter 27 dient, die einen Doppelkonusring 28 beim Be­ wegen der Überwurfmutter 27 in Aufschraubrichtung absolut fest auf den rohrförmigen elektrischen Leiter 29 auf­ preßt und für einen einwandfreien Stromübergang sorgt. Ein gleich guter Stromübergang wird auf der anderen Sei­ te des Funkenschalters 1 zwischen dem rohrförmigen elektrischen Leiter 30 und dem Deckel 31 des angegosse­ nen, topfförmigen Ansatzstückes 32 erzielt. Auch hierbei weist das topfförmige Ansatzstück 32 einen rohrförmigen Gewindestutzen 33 auf, der mit einem Außengewinde 34 ver­ sehen ist und zur Aufnahme der Überwurfmutter 35 dient. Durch Anziehen der Überwurfmutter 35 wird der Doppel­ konusring 36 fest gegen den rohrförmigen elektrischen Leiter 30 gepreßt, so daß auch an dieser Stelle ein ein­ wandfreier Stromübergang erzielt wird.

Das Ansatzstück 32 weist seitlich eine Ausnehmung 37 für einen Glasfaserlichtleiter 38 auf, der zu einem, ebenfalls im Ansatzstück 32 untergebrachten elektro­ nischen Gerät 39 führt, das die Anregung der Zünd­ kerze 40 zur Triggerung des Funkenschalters 1 bewirkt.

Ferner ist das metallische Gehäuseteil 3 mit einer Ge­ windebohrung 41 versehen, die zur Aufnahme eines Druck­ gasanschlusses 42, beispielsweise in Form eines T- Stückes, dient, um den Gehäuseinnenraum 13 des Funken­ schalters mit Druckgas zu versorgen.

Der Arbeitsbereich des erfindungsgemäßen Funkenschal­ ters reicht ohne Verwendung eines Druckgases von einer sehr niedrigen Spannung etwa bis zu 100 kV. Die Ein­ stellung der Ansprechspannung erfolgt durch Verstellung des Abstandes A der Elektrode 7 zur gegenüberliegenden Gehäuseinnenwand des metallischen Gehäuseteiles 3. Das unter Atmosphärendruck stehende Gas wird in diesem Be­ triebsbereich (also bis etwa 100 kV) lediglich zur Spü­ lung bzw. Reinigung des Funkenschalters verwendet.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist das metallische Ge­ häuseteil 3 mit einem umlaufenden Wulst 43 versehen.

Die flächige Berührungsstelle 44 der Gegenelektrode 7 im Bereich der Zündkerze 40 liegt auf einem Krümmungs­ radius von R ₁ der nahezu dem Durchmesser D der Gegen­ elektrode 7 entspricht. Diese Krümmungsfläche geht dann in konvexer Biegung in eine Fläche über, die wenigstens angenähert dem Radius R ₂ der Gegenelektrode 7 entspricht. Die Mittelpunkte der Radien R ₂ sowohl des Wulstes 43 als auch der kugelförmigen Gegenelektrode 7 liegen somit auf den Eckpunkten eines gleichschenkligen Dreiecks, was den Vorteil einer Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes bietet. Durch die Anordnung eines solchen Wulstes 43 wird die etwas diffus wirkende Hohl­ kugel durch die Konzentration des Überschlagkanals auf den vorerwähnten Wulst 43 verbessert.

Eine weitere Konzentration des Überschlags wird durch die Anordnung gemäß Fig. 3 erreicht. Hierbei wird das metallische Gehäuseteil 3 so ausgebildet, daß aus sei­ nem Bodenteil eine wenigstens annähernd halbkugelförmi­ ge Elektrode 45 herausragt, die vorzugsweise mit dem gleichen Radius wie die Gegenelektrode 7 ausgeführt ist.

In den Fig. 2 und 3 sind im übrigen die gleichen Teile mit denselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß sich der Bereich der Ansprechspannung beispielsweise bis zu 250 kV erweitern läßt, wenn der Funkenschalter unter konstanten Gasüberdruck gesetzt wird. Die Ansprechspan­ nung kann grundsätzlich durch Veränderung des Gas­ druckes und nach Wahl, beispielsweise zum Zwecke einer sehr feinen Justierung, auch durch die vorhandene Vor­ richtung zur Abstandsveränderung der Elektroden gere­ gelt werden. Die vorgewählten Werte der Ansprechspan­ nung können beispielsweise einem Computer eingegeben wer­ den, der dann in kürzester Zeit sowohl den exakten Druck und/oder den entsprechenden Abstand A der beiden Elektroden einstellt. Eine eingebaute Triggerung sorgt alsdann für ein exaktes Zünden des oder der Funkenschalter.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschrie­ bene Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Schnecken­ getriebes beschränkt. Letzteres ist zur Feinjustierung ein ausgezeichnetes Hilfsmittel. Für den Fall, daß die Elektroden aus irgendwelchen Gründen möglichst schnell auseinandergefahren werden müssen, ist es von Vorteil, wenn anstelle eines Schneckengetriebes oder zusätzlich zu diesem ein Schnellganggetriebe einschaltbar ist, etwa in der Ausgestaltung, wie es zum Öffnen und Schließen von Wasser- oder Dampfventilen bekannt ist.

Der erfindungsgemäße Funkenschalter ist insbesondere für das Durchschalten von Kondensatoren in einem Stoßspan­ nungsgenerator geeignet. Hierbei ist eine Triggerung in beliebig vielen Schaltstrecken möglich. Aufgrund des extrem induktivitätsarmen Aufbaues ist ein derartiger Funkenschalter für hohe Ströme geeignet. Demgemäß eig­ net sich der vorstehend beschriebene Funkenschalter auch hervorragend für dessen Einsatz in Impulsstrom­ anlagen.

Claims (9)

1. Funkenschalter, insbesondere für das Hintereinander- oder Parallelschalten von vorher auf einen bestimm­ ten Wert aufgeladenen Kondensatoren zur Erzeugung hoher stoßartiger Spannungen oder Ströme in Stoß­ spannungsgeneratoren oder in Impulsstromanlagen, bei dem wenigstens eine der Elektroden der Funkenstrecke mechanisch gegen die andere Elektrode bis zur Zün­ dung der Funkenstrecke bewegbar ist und/oder bei dem eine oder mehrere Funkenstrecken triggerbar sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schalt- oder Funken­ strecke in einem Gehäuse (2) aus zwei Gehäusetei­ len (3, 4) gasdicht gekapselt ist, wobei der eine Gehäuseteil (3) aus einem metallischen, zumindest an­ nähernd halbkugelförmigen Teil besteht, der die eine der Elektroden der Schalt- oder Funkenstrecke bildet, während der andere, zumindest annähernd halbkugelför­ mige Gehäuseteil (4) ganz oder wenigstens größten­ teils aus Isolierstoff besteht, durch den mittig ein in axialer Richtung hin- und herbewegbarer Schaft (8) druckdicht geführt ist, der im Inneren des kugelför­ migen Gehäuses (2) mit mindestens einer zumindest an­ nähernd halbkugelförmigen Elektrode (7) versehen ist.

2. Funkenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gasdruck im Gehäuse (2) und/oder der Elektrodenabstand (A) durch ein mechanisches Stell­ glied (8, 14, 15, 18) so veränderbar ist, daß gleich­ zeitig ein Sollwert der Ansprechspannung mit optima­ lem Ausnutzungsgrad einstellbar ist.

3. Funkenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am metallischen Gehäuseteil (3) ein topfförmiges Ansatzstück (32) angeordnet ist, das ein elektronisches Gerät (39) zur Erzeugung einer kurzzeitigen Hochspannung zur Zündung der Funken­ strecke, sowie eine Impulse verarbeitende Schaltung aufnimmt, wobei zur Übertragung der Impulse ein Glas­ faserlichtleiter (38) dient.

4. Funkenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das metallische Gehäuse­ teil (3) eine Gewindebohrung (41) aufweist, die zur Aufnahme von Bauteilen (42) einer pneumatischen Ver­ sorgung dient.

5. Funkenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Stromübertragung vom Schaft (8) der einen Elektrode (7) auf eine im Flanschteil (17) befestigte metallische Hülse (22) ein Multikontaktblech (24) angeordnet ist.

6. Funkenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die weiterführenden An­ schlußleitungen (29, 30) über kraft- und stoff­ schlüssige sowie induktivitätsarme Kontaktteile mit den stromführenden Gewindestutzen (25, 33) verbunden sind.

7. Funkenschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß als Kontaktteile teilgeschlitzte Doppel­ konusringe (28) dienen, die durch Anziehen einer Überwurfmutter (27) allseitig gegen den elektrischen Leiter (29, 30) preßbar sind.

8. Funkenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das als eine der Elektroden dienende metallische Gehäuseteil (3) auf seiner In­ nenseite im Durchstoßbereich einer Zündkerze (40) eine eingezogene konkave Krümmung aufweist, die der konvex gekrümmten Oberfläche der Gegenelektrode (7) weitestgehend angepaßt ist (Fig. 2).

9. Funkenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das metallische Gehäuse­ teil (3) an seinem Bodenteil im Durchstoßbereich einer Zündkerze (40) eine, in den Gehäuseinnen­ raum (13) hineinragende, nockenartige Erhebung als halbkugelförmige Elektrode (45) mit wenigstens an­ nähernd gleicher Form und gleichen Abmessungen wie die Gegenelektrode (7) aufweist (Fig. 3).