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Anordnung zur schnellen Löschung von Lichtbögen Es sind viele Funkenstreckenanordnungen
bekannt, bei denen ein schnell strömendes Medium, meistens ein Gas, benutzt wird,
um einen Funken bzw. Lichtbogen nach seinem Entstehen wieder zum Verlöschen zu bringen.
Solche Anordnungen finden beispielweise Verwendung bei Hochleistungsschaltern, Stromrichtern
(Marx-Stromrichter) und neuerdings auch bei Funkenstreckenanordnungen zur Erzeugung
von hochfrequenten Schwingungen. Bei all diesen Anordnungen wird das Löschmittel
durch eine düsenartige Bahn geleitet, in der die potentielle Energie des Löschmittels
in kinetische Energie umgewandelt wird. Eine hohe Geschwindigkeit ist erforderlich,
um die Funken- bzw. Lichtbogenlöschung sicher zu erreichen.
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Bekanntlich sind für die Lichtbogenlöschung die folgenden physikalischen
Vorgänge maßgebend: i. Diffusion der Ladungsträger aus dem Lichtbogenkanal, 2. Wiedervereinigung
von Ladungsträgern mit entgegengesetztem Vorzeichen, 3. Entfernung von Ladungsträgern
aus dem Lichtbogenpfad durch ein strömendes Löschmittel.
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Die neueren Untersuchungen haben ergeben, daß bei Lichtbögen von größerer
Stromstärke die unter 3
genannte Erscheinung die größere Bedeutung für die
Löschung des Lichtbogens besitzt. In Erkenntnis dieser Tatsache wurden daher Konstruktionen
vorgeschlagen, bei denen, wie beispielsweise in Abb. i dargestellt, das Löschmittel
konzentrisch in eine Düsenanordnung einströmt, wie dieses die Pfeile i andeuten,
um durch die Düsen 4 und 5 in axialer Richtung abzuströmen. Mit diesen Düsen
konnte
bereits eine sehr schnelle Löschfolge erzielt werden, jedoch macht sich störend
bemerkbar, daß im Zentrum der Anordnung ein Wirbelkern stehenbleibt, der in Abb.
i als schraffierte Fläche 2 dargestellt ist. Diese Störungen entstehen durch die
Umlenkung des Löschmittels um go' und durch das Aufeinanderprallen einander entgegengerichteter
Strömungen. Ein weiterer Nachteil dieser Düsenanordnung ist der, daß der Abbrand
der Elektroden im wesentlichen an den Stellen 3 erfolgt und damit die Querschnitts-
und. Strömungsverhältnisse der Düsen im Laufe der Zeit erheblich ändert, womit sich
wiederum die Löschbedingungen ebenfalls grundsätzlich ändern.
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Erfindungsgemäß werden alle diese Nachteile vermieden, indem zwei
zueinander konzentrische Elektroden eine Düse bilden, die derart ausgebildet ist,
daß in ihr eine wirbelfreie Ringströmung des Löschmittels erzeugt wird, wobei der
Gasdruck derart * hoch gewählt ist, daß die Durchflußgeschwindigkeit in der
Düse bis über Schallgeschwindigkeit erreicht. Die Anordnung nach Abb. 2 zeigt ein
Beispiel. Hier besteht die Elektrodenanordnung aus einem feststehenden Teil ii und
einem hierzu konzentrisch drehbar-en Körper 12, die beide aus einem leitenden Stoff
hergestellt sind. Der Zwischenraum zwischen den Körpern i i und 12 ist, wie in der
Ab-
bildung erkennbar, ein ringartiger Schlitz. Durch diesen Schlitz strömt
das Löschmittel (Pfeile 16) beispielsweise aus dem Raum 13 in den Raum 14,
indem es den drehbaren Körper 12 allseitig gleichmäßig einhüllt. Die Formgebung
des ringförmigen Durchtrittskanals wird zweckmäßigerweise so gestaltet, daß an den
engsten Stellen eine hohe Gasgeschwindigkeit entsteht, die weit über der Schallgeschwindigkeit
liegen kann. Um dieses zu erreichen, müssen die Düsenquerschnitte so bemessen sein,
daß sowohl beim Eintritt, also bei der Beschleunigung des Löschmittels, als auch
beim Austritt, also bei der negativen Beschleunigung des Löschmittels, keine Wirbelablösungen
vom Rande der Düsen entstehen können. Die Körper i i und 12
sind gegeneinander
isoliert, so daß beim Anlegen einer Spannung an der Stelle des engsten Abstandes
der Körper i i und 12, an der die höchste Gasgeschwindigkeit vorherrscht und sich
auch der niedrigste Gasdruck einstellt, der elektrische Durchschlag des Löschmittels
stattfindet. Infolge der überaus hohen Löschmittelgeschwindigkeit wird dieser Funke
sehr schnell wieder verlöschen.
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Dieses schnelle Verlöschen wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken
zusätzlich beschleunigt durch die Entfernung der Fußpunkte der Entladung; voneinander
infolge der Rotation des Innenkörpers.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß sich Abbran,dschäden automatisch
ausgleichen. Sollte beispielsweise an einer Stelle der Materialschwund größer sein
als an einer anderen, so ist an dieser erstgenannten Stelle der Abstand der Elektrode
größer als an, der zweitgenannten Stelle. Daher wird hier eine kleinere Luftgeschwindigkeit
vorherrschen, ein größerer Druck sich einstellen und der größere Abstand die. Funkenbildung
verhindern. Hingegen würde an der Stelle des geringeren Ab-
standes wegen
der größeren Gasgeschwindigkeit der kleinere Druck vorherrschen und infolge des
geringeren Abstandes die Funkenbildung begünstigt sein. Diese Selbstregulierung
wird sich über dem ganzen Querschnitt der Düse einstellen, so daß die zur Verfügung
stehende Abbrandmaterialmenge ein Vielfaches beträgt gegenüber der Anordnung nach
Abb. i. Will man schließlich nach gewisser Zeit, nach der ein merklicher Materialschwund
entstanden ist, diesen ausgleichen, so kann dies sehr einfach durch axiale Verschiebung
des rotierenden Körpers 2 gegen den feststehenden Körper i hin erfolgen. Diese Verschiebung
könnte beispielsweise automatisch erfolgen durch ein Relaisgerät, welches auf die
Druckunterschiede zwischen den Räumen r3 und 14 reagiert. Andererseits könnte die
Abstandsregulierung auch beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Anwachsen der
Durchbruchspannung bei größerem Abstand als auslösender Impuls für die Regelung
verwendet'wird. Ebenso ist es möglich, die Veränderung der Hochfrequenzleistung,
die beispielsweise durch Anwachsen des Lichtbogenwiderstandes oder durch Veränderung
der Löschfrequenz hervorgerufen werden kann, zum' Steuern zu benutzen.
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Es sei noch erwähnt, daß der Abbrand von ElektrodeA, auf denen Lichtbögen
brennen, sehr wesentlich vermindert werden kann dadurch, daß die Fußpunkte der Lichtbögen
zum Wandern gezwungen werden. Auch diese Erkenntnis wird durch die vorliegende Erfindung
im vollen Maße nutzbringend angewendet. Durch die Rotation des Körpers 12 gegenüber
dem Körper i i wird verhindert, daß der neu gezündete Lichtbogen an den alten Fußpunkten
brennt.
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Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Anordnung
der Düsen eine wesentliche Verbesserung der Kühlverhältnisse gegenüber der Anordnung
nach Abb. i bringt, weil die Flächen der Düsen und der Elektrodenkörper sehr viel
intensiver von dein Kühlmedium bestrichen werden als dieses in Abb. i infolge der
Wirbelzonen möglich ist. Dieses bietet den Vorzug, durch entsprechend große Ausbildung
der Körper i und 2 auf zusätzliche Kühlmittel für die Elektroden zu verzichten.
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Die geometrische Anordnung der beschriebenen Konstruktion gestattet
ferner bei der Verwendung von hoher Gleichspannung zur Erzielung einer raschen Funkenfolge
sehr einfach eine zusätzliche Kühlung des feststehenden Teiles i, der beispielsweise
auch an Erdpotential gelegt werden könnte. In diesern. Falle würde man zweckmäßig
den negativen Fußpunkt der Entladung, der einen größeren Wärmeabfall zur Folge hat
als der positive, auf den Körper i i legen, während der thermisch geringer beanspruchte
Körper 12, auf dem der positive Fußpunkt brennt, ohne Zusatzkühlung verbleiben kann.
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Die Rotation des Körpers 12 kann durch ein Getriebe von außen her
erfolgen. Nach einem weiteren Erfindungsgedanken ist jedoch der Körper 12 mit Windflüg-eln
15 ausgerüstet, die unter Ausnutzung der vorhandenen Gasströmung die Rotation,
zwangsläufig
herbeiführen. Diese Windflügel können weiterhin erfindungsgemäß
zur Vergrößerung der Abkühloberfläche des rotierenden Körpers 12 herangezogen werden.