EP2443710B1 - Horn spark gap with a deion chamber - Google Patents
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- EP2443710B1 EP2443710B1 EP11732395.6A EP11732395A EP2443710B1 EP 2443710 B1 EP2443710 B1 EP 2443710B1 EP 11732395 A EP11732395 A EP 11732395A EP 2443710 B1 EP2443710 B1 EP 2443710B1
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- H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
- H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer in nichtausblasender Bauform mit einem mehrteiligen Isolierstoffgehäuse als Stütz- und Aufnahmekörper für die Hörnerelektroden und die Deionkammer sowie Mitteln zum Leiten der lichtbogenbedingten Gasströmung, wobei das Isolierstoffgehäuse in der von den Hörnerelektroden aufgespannten Ebene geteilt ist und eine erste sowie eine zweite Halbschale bildet, gemäß Patentanspruch 1.The invention relates to a Hörnerfunkenstrecke with Deionkammer in nichtausblasendem design with a multi-part insulating material as supporting and receiving body for the horn electrodes and the Deionkammer and means for conducting the arc gas flow, wherein the insulating material is divided in the plane spanned by the horn electrodes level and a first and a second half-shell forms, according to
Aus der
Gemäß der
Die
Vorbekannt sind darüber hinaus Lösungen mit Hörnerfunkenstrecken und nicht hermetischer Kapselung, wobei das Eigenmagnetfeld unterstützt wird, um die Bewegung des Lichtbogens gezielt zu beschleunigen. Ebenfalls bekannt ist die Ausbildung von Kanälen zur internen zielgerichteten Gaszirkulation zum Zweck der Abkühlung ionisierter Gase.In addition, solutions with horn spark gaps and non-hermetic encapsulation are previously known, whereby the intrinsic magnetic field is assisted in order to purposefully accelerate the movement of the arc. Also known is the formation of channels for internal targeted gas circulation for the purpose of cooling ionized gases.
Es hat sich gezeigt, dass die Druckbelastung bei Hörnerfunkenstrecken, insbesondere bei Belastung durch Blitzimpulsströme erheblich ist, so dass hohe Anforderungen an die Kapselung und an die hier verwendeten Materialien zu stellen sind.It has been shown that the pressure load at Hörnerfunkenstrecken, especially when exposed to lightning pulse currents is significant, so that high demands are placed on the encapsulation and on the materials used here.
Die in der
Aus der gattungsbildenden
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer in nichtausblasender Bauform mit einem mehrteiligen Isolierstoffgehäuse anzugeben, welche preiswert, platzsparend sowie modular und flexibel hinsichtlich der Konstruktion auslegbar ist. Die zu schaffende Lösung soll es gestatten, die Funkenstrecke durch minimale Modifikation von Einzelteilen an unterschiedliche Leistungsparameter sowie unterschiedliche Netzverhältnisse und Netzspannungen anzupassen. Das Isolierstoffgehäuse sollte vorzugsweise platzsparend und modular aufgebaut sein.From the foregoing, it is therefore an object of the invention to provide a further developed Hörnerfunkenstrecke with Deionkammer in nichtausblasendem design with a multi-part insulating housing, which is inexpensive, space-saving and modular and flexible interpretable in terms of construction. The solution to be created should make it possible to adapt the spark gap by minimal modification of individual parts to different performance parameters as well as different network conditions and network voltages. The insulating material should preferably be space-saving and modular.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmalskombination gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.The object of the invention is achieved by the combination of features according to the teaching of
Es wird demnach von einer Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer in nichtausblasender Bauform mit einem mehrteiligen Isolierstoffgehäuse als Stütz- und Aufnahmekörper für die Hörnerelektroden und die Deionkammer sowie Mitteln zum Leiten der lichtbogenbedingten Gasströmung ausgegangen, wobei die Hörnerelektroden eine unsymmetrische Form, umfassend eine längere und eine kürzere Elektrode, besitzen. Im Zündbereich, d.h. bis zur Zündstelle und in einem Abschnitt danach, verlaufen beide Elektroden nahezu parallel oder mit einer nur sehr geringen Divergenz bzw. Aufweitung.It is therefore assumed that a horn spark gap with Deionkammer in nichtausblasendem design with a multi-part insulating material as support and receiving body for the horn electrodes and the Deionkammer and means for conducting the arc gas flow, the horn electrodes an asymmetrical shape, comprising a longer and a shorter electrode, have. In the ignition range, i. up to the ignition point and in a section thereafter, both electrodes run almost parallel or with only a very small divergence or widening.
Erfindungsgemäß ist das Isolierstoffgehäuse in der von den Hörnerelektroden aufgespannten Ebene geteilt und bildet eine erste sowie eine zweite Halbschale.
Der Lichtbogenlaufbereich zwischen den Elektroden in Richtung Deionkammer ist durch ein plattenförmiges Isolierstoffmaterial begrenzt, wobei das plattenförmige Isolierstoffmaterial jeweils in eine erste Ausformung der jeweiligen Halbschale formschlüssig eingesetzt ist.According to the invention, the insulating material housing is divided in the plane spanned by the horn electrodes and forms a first and a second half-shell.
The arc running region between the electrodes in the direction of the deion chamber is delimited by a plate-shaped insulating material, the plate-shaped insulating material in each case being inserted positively in a first shape of the respective half-shell.
Weiterhin nehmen die ersten Ausformungen eine ferromagnetische Hinterlegung, bevorzugt in Plattengestalt ähnlich geformt wie der Lichtbogenlaufbereich auf, wobei das plattenförmige Isolierstoffmaterial die jeweilige Hinterlegung für die Elektroden elektrisch trennt.Furthermore, the first formations receive a ferromagnetic deposit, preferably shaped in a plate shape similar to the arc running area, the plate-shaped insulating material electrically separating the respective deposit for the electrodes.
Die Halbschalen weisen weitere, zweite Ausformungen auf, welche ein dort einsetzbares Deionkammerteil formschlüssig fixieren. Zwischen der jeweils ersten und zweiten Ausformung sind Durchbrüche oder Öffnungen in der jeweiligen Halbschale befindlich. Die kürzere der Elektroden endet vor dem Deionkammerteil, so dass die Gasströmung nur teilweise in die Deionkammer gelangt.The half-shells have further, second formations which fix a Deionkammerteil usable there in a form-fitting manner. There are openings or openings in the respective half-shell between the respective first and second formations. The shorter of the electrodes ends before the Deionkammerteil so that the gas flow only partially enters the Deionkammer.
Erfindungsgemäß besitzt die Hörnerfunkenstrecke einen Sandwichaufbau und es sind die Halbschalen durch Schrauben oder Nieten kraftschlüssig verbunden.According to the invention, the horn spark gap has a sandwich construction and the half shells are non-positively connected by screws or rivets.
Die den Elektroden abgewandten Außenseiten der Halbschalen besitzen mindestens im Bereich der Durchbrüche oder Öffnungen jeweils eine dritte Ausformung, welche formschlüssig eine äußere Isolierstoffplatte aufnehmen.The outer sides of the half-shells facing away from the electrodes have, at least in the region of the openings or openings, in each case a third shape, which receives a form-fitting outer insulating material plate.
Die dritte Ausnehmung weist ergänzend einen Steg oder Splitter zur Teilung der Gasströmung auf, wobei der durch die dritte Ausformung und die äußere Isolierstoffplatte gebildete Abschnitt einen Gasentspannungsraum schafft.The third recess additionally has a web or splitter for dividing the gas flow, wherein the section formed by the third formation and the outer insulating plate creates a gas relaxation space.
Der Gasentspannungsraum weist wiederum einen bevorzugt schlitzförmigen Durchtrittsspalt zum Rückführen der Gase zum Lichtbogenbrennraum auf, wobei zum unterstützenden Treiben des Lichtbogens durch die Gasströmung die Elektroden oberhalb des Zündbereichs Öffnungen oder Rücksprünge besitzen.The gas relaxation space in turn has a preferably slot-shaped passage gap for returning the gases to the arc combustion chamber, wherein for assisting driving of the arc by the gas flow the electrodes have openings or recesses above the firing range.
Die Stromzuführung zur längeren der Elektroden ist über einen möglichst großen Abschnitt antiparallel geführt.The power supply to the longer of the electrodes is guided antiparallel over as large a section as possible.
Die kürzere der Elektroden weist eine hohe Impedanz auf.The shorter of the electrodes has a high impedance.
Die Zündung oder Triggerung der Hörnerfunkenstrecke erfolgt durch eine flexible Leiterplatte mit einem Leiterabschnitt, welche in den Zündbereich zwischen den Elektroden eingebracht ist.The ignition or triggering of the horn spark gap is effected by a flexible printed circuit board with a conductor section, which is introduced into the ignition region between the electrodes.
Darüber hinaus besitzt die Hörnerfunkenstrecke in einer Ausgestaltung eine Fehlerzustandsanzeige mit einem bei Übertemperatur schmelzenden oder forminstabil werdenden Formteil, welches von der Anzeige unter einer Federvorspannung steht.In addition, in one embodiment, the horn spark gap has an error status indicator with a molded part which melts at excessively high temperature or becomes unstable in shape, which is under the spring bias of the indicator.
Die bei Druckbelastung sich verformende äußere Isolierstoffplatte kann ausgestaltend mit einer Sensorik zur Erfassung außergewöhnlicher Betriebszustände in Wirkverbindung stehen.The outer insulating material plate, which deforms under pressure, can be structurally in operative connection with a sensor system for detecting exceptional operating conditions.
Die erfindungsgemäße Funkenstrecke bildet ein universelles Modul mit äußeren Anschlussklemmen für die Elektroden, welches in ein Steckteil oder Außengehäuse je nach Kundenwunsch integrierbar ist.The spark gap according to the invention forms a universal module with external connection terminals for the electrodes, which can be integrated into a plug-in part or outer housing according to customer requirements.
Alle wesentlichen Baugruppen wie die Elektroden, die Triggerelektrode und/oder die Deionkammer sind austauschbar und können an die jeweiligen Netzverhältnisse leicht angepasst werden, ohne dass die Grundkonstruktion der erfindungsgemäßen Hörnerstrecke verlassen wird.All essential assemblies such as the electrodes, the trigger electrode and / or the Deionkammer are interchangeable and can be easily adapted to the respective network conditions, without leaving the basic construction of the horn section according to the invention.
Die Integration aller Funktionsbaugruppen in eine an sich bereits gekapselte kompakte Einheit ohne Außengehäuse erlaubt in einfachster Art und Weise die Gestaltung von unterschiedlichsten Geräteausführungen für verschiedene Netzkonfigurationen. Innerhalb des eigentlichen Gerätegehäuses müssen keine zusätzlichen für die Funktion der Funkenstrecke notwendigen Komponenten realisiert werden. Es sind ausschließlich Verdrahtungskomponenten bzw. Kommunikationsanschlüsse im Außengehäuse vorzusehen.The integration of all functional modules in an already encapsulated compact unit without outer housing allows the simplest way the design of different device versions for different network configurations. Within the actual device housing no additional necessary for the function of the spark gap components must be realized. Only wiring components or communication connections in the outer housing are to be provided.
Wie dargelegt, besteht die Funkenstrecke aus sehr einfachen Einzelteilen, die durch Standardtechnologien wie z.B. Nieten miteinander verbunden werden können. Die Funktionalität der Funkenstrecke wird bereits durch die Montage des Innenmoduls ohne Außengehäuse erreicht. Die Montage kann durch einen Nietvorgang vorgenommen werden.As stated, the spark gap consists of very simple parts produced by standard technologies, e.g. Rivets can be connected together. The functionality of the spark gap is already achieved by mounting the inner module without outer housing. The assembly can be carried out by a riveting operation.
Durch den erfindungsgemäßen sandwichartigen Aufbau aus großflächigen Einzelteilen ergibt sich bei den anstehenden dynamischen Druckbelastungen infolge von Impulsströmen ein semielastisches Verhalten der Gesamtkonstruktion. Dies ermöglicht den Einsatz von einfachen und preiswerten Materialien bei insgesamt geringen Abmessungen des Hörnerfunkenstrecken-Moduls.Due to the sandwich-like construction according to the invention comprising large-area individual parts, a semi-elastic behavior of the overall construction results in the upcoming dynamic pressure loads due to pulse currents. This allows the use of simple and inexpensive materials with small overall dimensions of the Hörnerfunkenstrecken module.
Durch die Gasführung mit mehreren Zirkulationskreisläufen werden nahezu alle Bauteile zur Abkühlung der heißen, ionisierten Gase genutzt. Die als StanzBiegeteil hergestellten Hörnerelektroden können bei Bedarf durch Elektroden aus einem belastbareren Material ausgetauscht werden, wenn es die Abbrandfestigkeit der Funkenstrecke bei höheren Belastungen erfordert.The gas supply with several circulation circuits almost all components are used to cool the hot, ionized gases. If necessary, the horn electrodes produced as a stamped bent part can be replaced by electrodes made of a more resilient material, if it requires the erosion resistance of the spark gap at higher loads.
Durch den Austausch der Deionkammer können auch höhere Betriebsspannungen bzw. Kurzschlussströme beherrscht werden. Der Austausch der Deionkammer gegen eine Isolierstoffkammer oder eine Deionkammer mit einer erhöhten Anzahl von Kammerblechen wird durch die Gestaltung der asymmetrischen Hörnerelektroden sehr einfach umsetzbar.By replacing the Deionkammer also higher operating voltages and short-circuit currents can be controlled. The replacement of the Deionkammer against an insulating material chamber or a Deionkammer with an increased number of chamber plates is very easy to implement by the design of the asymmetric horn electrodes.
Die Fehlerzustandsanzeige mit Hilfe einer rein mechanischen Umsetzung einer physikalischen Grenzgröße, insbesondere der Temperatur, ist sehr platzsparend realisiert und erfordert keinen zusätzlichen Energiebedarf.The error status display with the help of a purely mechanical implementation of a physical limit size, in particular the temperature, is realized very space-saving and requires no additional energy needs.
Alle funktionstragenden Bauteile können durch einen gemeinsamen Fügeschritt, insbesondere Vernieten des Moduls, verbunden werden.All function-bearing components can be connected by a common joining step, in particular riveting of the module.
Einer oder mehrere der voll funktionsfähigen Module können in einem quasi frei wählbaren Außengehäuse für beliebige Anwendungen, Netzarten oder aber auch für kundenspezifische Gestaltungsvarianten frei verschaltet werden.One or more of the fully functional modules can be freely interconnected in a quasi-freely selectable outer housing for any application, network types or even for customized design variants.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an embodiment and with the aid of figures.
Hierbei zeigen:
- Fig. 1
- eine Halbschale des Sandwichgehäuses mit Isolierstoffplatten und ferromagnetischer Hinterlegung;
- Fig. 2
- den prinzipiellen Aufbau der Funkenstrecke mit asymmetrischen Hörnerelektroden und Deionkammer;
- Fig. 3
- die Außenseite einer der Halbschalen in Draufsicht mit Lage der Elektroden hinter dem Gehäuse gestrichelt angedeutet und
- Fig. 4
- einen Querschnitt durch die Funkenstrecke mit Deionkammer und Elektroden.
- Fig. 1
- a half shell of the sandwich housing with Isolierstoffplatten and ferromagnetic deposit;
- Fig. 2
- the basic structure of the spark gap with asymmetric horn electrodes and Deionkammer;
- Fig. 3
- the outside of one of the half-shells in plan view with position of the electrodes behind the housing indicated by dashed lines and
- Fig. 4
- a cross section through the spark gap with Deionkammer and electrodes.
Die
In der Darstellung der Halbschale 22 sind auch Ausformungen ersichtlich, die der Kontur des ferromagnetischen Materials 21 angepasst sind, was ebenso für die innere Vulkanfiberplatte 20 gilt.In the representation of the half-
Die in der äußeren Vulkanfiberplatte 23 erkennbaren Ausnehmungen nehmen Nieten auf, die beide Halbschalen des Gehäuse mit den darin befindlichen Elementen verbinden.The recognizable in the
Die Darstellung nach
Die Elektrode 1 ist als lange Elektrode und die Elektrode 2 als kurze Elektrode realisiert.The
Der Lichtbogenlaufbereich der Elektroden 1 und 2 bis zur Lichtbogenlöschkammer bzw. Deionkammer 8 wird seitlich durch abbrandfestes und nur gering gasabgebendes Isolierstoffmaterial (siehe
Eine solche Vulkanfiberplatte kann als einfache kostengünstige Stanzplatte hergestellt werden. Durch das Fixieren über die Nietung ist eine weitere Verbindung der Einzelteile nicht erforderlich.Such Vulkanfiberplatte can be produced as a simple inexpensive punching plate. By fixing on the riveting a further connection of the items is not required.
Die Vulkanfiberplatte 20 fixiert isoliert zudem auch die ferromagnetische Eisenhinterlegung 21 in jeder Halbschale 22, die sich im Lichtbogenlaufbereich befindet.In addition, the vulcanized
Die Eisenhinterlegungen 21 sind in die Halbschale 22 eingelegt und geführt, können jedoch auch direkt umgespritzt werden.The
Die jeweiligen Halbschalen 22 realisieren gleichzeitig das Fixieren der Elektroden 1 und 2 der Zündhilfe, die sich zwischen den Elektroden befindet, der Fehlerzustandsanzeige und der Deionkammer 8.The respective half-
Ergänzend weist das Kunststoffspritzteil 22, respektive die jeweilige Halbschale, Ausnehmungen und Umlenkeinrichtungen auf, die zur Lenkung, Verteilung und Rückführung der Gase dienen, die beim Zünden des Lichtbogens entstehen. Auch werden Prallwände realisiert, welche der Vermeidung der Rückführung von Metall- oder Russpartikeln in den Lichtbogenlaufbereich dienen, um Rückzündungen oder eine Verschlechterung der Isolationswerte zu verhindern.In addition, the plastic injection-molded
Vorstehendes ist insbesondere bei den reduzierten Platzverhältnissen und hohen Belastungen von Vorteil.The above is particularly in the reduced space and high loads of advantage.
Die Entspannungsräume für das teilionisierte Gas werden jeweils zwischen dem Halbschalenteil 22 und der äußeren Isolierstoffplatte 23 gebildet. Diese beiden Platten bilden auch gleichzeitig die Außenwände des sodann bereits funktionsfähigen Moduls und werden im Verbund mit den übrigen Teilen vernietet.The relaxation spaces for the partially ionized gas are each formed between the half-
Durch eine einfache Technologie des Einlegens von Teilen in die Kunststoffspritzform bzw. Halbschale 22 ist es möglich, verschiedene Deion- bzw. Lichtbogenlöschkammern, z.B. wiederum Isoliersteg oder Mäanderkammern in die Funkenstrecke zu integrieren. Es ist aber auch denkbar, direkt beim Kunststoffspritzen eine Lichtbogenlöschkammer als integrales Bauteil auszubilden.By a simple technology of placing parts in the plastic injection mold or half-
Der Zündbereich zwischen den Elektroden ist so gewählt, dass durch das Eigenmagnetfeld des Lichtbogens bereits recht hohe Kräfte auf den Lichtbogen wirken, so dass ein rasches Lösen des Lichtbogens vom Zündort und somit ein schnelles Zünden der Funkenstrecke gewährleistet wird. Der Zündort liegt einige Millimeter nach einer parallelen oder nur minimal divergenten Führung der beiden Elektroden, die einen geringen Abstand aufweisen. Durch den geringen Abstand der Elektroden ergibt sich eine starke Kraftwirkung infolge der Stromführung.The ignition range between the electrodes is chosen so that the arc's own magnetic field already causes quite high forces on the arc, so that a rapid release of the arc from the point of ignition and thus a rapid ignition of the spark gap is ensured. The ignition location is a few millimeters after a parallel or only slightly divergent guidance of the two electrodes, which have a small distance. The small distance between the electrodes results in a strong force effect as a result of the current flow.
Das Material der Zündhilfe oder der Triggerelektrode kann so gewählt werden, dass die Anfangsbewegung des Lichtbogens z.B. durch eine Gasabgabe unterstützt wird. Die Anfangsbewegung kann auch durch eine Vorbiegung des Zündlichtbogens bereits in Laufrichtung, z.B. infolge der Gestaltung von Überständen unterstützt werden.The material of the ignition aid or the trigger electrode can be chosen so that the initial movement of the arc, e.g. is supported by a gas delivery. The initial movement can also be achieved by a pre-bending of the pilot arc already in the running direction, e.g. be supported as a result of the design of supernatants.
Um die Kräfte auf den Lichtbogen weiter zu erhöhen, wird der Anschluss der langen Elektrode 1 über einen weiten Bereich antiparallel zu dieser Elektrode 1 geführt.In order to further increase the forces on the arc, the connection of the
Die beidseitig eingesetzten ferromagnetischen Hinterlegungen 21 in den Seitenwänden unterstützen die gewünschte rasche Bewegung des Lichtbogens zur Lichtbogenlöschkammer 8. Auf eine zusätzlich isolierte ferromagnetische Eisenhinterlegung einer Elektrode kann zugunsten der gewünschten geringen Baugröße verzichtet werden. Es kann aber bei Bedarf das Material der Elektroden selbst ferromagnetische Eigenschaften aufweisen oder ein ferromagnetischer Kern in die Elektrode integriert werden bzw. die Elektrode selbst einen Sandwichaufbau besitzen.The
Der Abstand der beiden Elektroden 1 und 2 am Zündort bzw. Zündbereich 4 besitzt über eine Strecke von mehreren Millimetern nur eine sehr geringe Divergenz bzw. verläuft nahezu parallel. Diese Gestaltung der Hauptelektroden bietet den Vorteil, dass bei einer Überlastung ein definiertes Kurzschlussverhalten der Funkenstrecke ohne zusätzliche Maßnahmen realisierbar ist. Bei einer dauerhaften Überlastung der Elektroden kann es zur Bildung einer Metallstrecke kommen, welche die geringe Distanz zwischen den beiden Elektroden großflächig und stromtragfähig überbrückt und dann zur sicheren Auslösung einer vorhandenen Überstromschutzeinrichtung führt.The distance between the two
Um eine große Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Ausführung der Deionkammer zu schaffen, ist es von Vorteil, die kurze Elektrode 2 bereits im Bereich des Lichtbogeneinlaufs enden zu lassen. Der Lichtbogen ist stets bemüht, seine Brennspannung zu reduzieren, d.h. er muss zum Wechsel des Fußpunkts von Punkt A (Spitze) mit einer eigentlich geringeren Bogenbrennspannung am Punkt B (Zuführung) mit höherer Brennspannung gezwungen werden.In order to create a large freedom of design with respect to the execution of the Deionkammer, it is advantageous to end the
Die in der
Ein dauerhafter Lichtbogenansatz nur an der kurzen Elektrode 2 wäre zu nahe am Zündbereich und führt zu einer Häufung von Wiederzündungen bzw, zum Überbrücken von weiteren Platten unterhalb der Deionkammer 8 im Einlaufbereich. Um eine schnelle und sichere Lichtbogenaufteilung in der gesamten Deionkammer 8 zu erreichen, ist die Geometrie und das Material der kurzen Elektrode sowie deren Zuführung auf eine hohe Impedanz ausgelegt.A permanent arc projection only at the
Nach dem Zünden des Lichtbogens entsteht als Stromfluss ein nennenswerter Spannungsabfall, welcher neben der Lichtbogenverlängerung zu einem zügigen Wechsel des Lichtbogenfußpunkts von der Spitze der kurzen Elektrode 2 (A) zur Elektrodenzuführung (B) begünstigt. Als Elektroden- bzw. Elektrodenzuführungsmaterial ist Stahl geeignet. Zur weiteren Verbesserung des vorgenannten Effekts ist es von Vorteil, wenn das Material der Zuführung oder der Elektrode sich bei Stromfluss zusätzlich erwärmt, wodurch sich der Spannungsabfall weiter erhöht. Die erreichbare Lichtbogenspannung innerhalb der Lichtbogenlöschkammer kann durch diese Maßnahmen leicht um mehrere 10 V bis 100 V bei ansonsten gleichen Abmessungen erhöht werden, wodurch der Einsatz bei höheren Betriebsspannungen oder mit einer verbesserten Strombegrenzung möglich wird. Zur weiteren Gewinnung von Bauraum kann die lange Elektrode 1 im Bereich der Lichtbogenlöschkammer als dünnes Leitblech realisiert werden.After ignition of the arc arises as a current flow appreciable voltage drop, which in addition to the arc extension to a rapid change of the arc root from the tip of the short electrode 2 (A) for electrode feed (B) favors. As the electrode or electrode feed material steel is suitable. To further improve the aforementioned effect, it is advantageous if the material of the feed or of the electrode additionally heats up when current flows, whereby the voltage drop further increases. The achievable arc voltage within the arc quenching chamber can easily by several by these measures 10 V to 100 V are increased with otherwise the same dimensions, whereby the use at higher operating voltages or with an improved current limit is possible. To further gain space, the
Durch den Einsatz der kürzeren Elektrode 2 auf einer Seite und die sich hierdurch ergebende asymmetrische Konfiguration der Elektroden wird die Gasströmung aus dem Laufbereich nicht mehr komplett in die Lichtbogenlöschkammer (Deionkammer) 8 getrieben. Gase aus dem Lichtbogenlaufbereich können somit bereits unterhalb der Lichtbogenlöschkammer entweichen. Auch dieses Gas wird durch Ausströmöffnungen 14 in der jeweiligen Halbschale 22 zur Gaszirkulation genutzt. Da die Einlaufzeit des Folgestromlichtbogens in die Lichtbogenlöschkammer nur einem Bruchteil der Gesamtlichtbogenbrennzeit entspricht und die Lichtbogenspannung außerhalb der Deionkammer noch gering ist, d.h. noch keine Aufteilung in Teillichtbögen erfolgte, weist dieses Gas nur geringfügige Energie auf. Auch liegt noch keine allzu starke Ionisierung des Gases vor. Das Gas erreicht also eine ausreichende Abkühlung im Kontakt mit der Elektrodenzuführung sowie der kurzen Elektrode 2, so dass es auf einem relativ kurzen Weg zurückgeführt werden kann.By using the
Durch die quasi Entnahme von Gas unterhalb der Deionkammer 8 über die erwähnten Öffnungen verringert sich gleichzeitig der Strömungswiderstand des übrigen Gases in der Deionkammer. Die Reduzierung des Strömungswiderstands der Deionkammer führt zu einem schnelleren Einlauf des Lichtbogens in die Kammer selbst, da Reflexionen reduziert sind. Auch ergibt sich eine schnellere Lichtbogenaufteilung und somit eine effizientere Strombegrenzung.As a result of the quasi-removal of gas below the
Die Reduzierung des Strömungswiderstands kann auch genutzt werden, um den Abstand der Deionbleche innerhalb der Deionkammer 8 zu verändern, d.h. mehr Bleche einzusetzen oder die Deionkammerabmessungen weiter zu reduzieren, um somit eine höhere Lichtbogenspannung bei gleichen Außenabmessungen zu erzielen.The drag reduction can also be used to alter the spacing of the deion plates within the
Für die Zündung der Funkenstrecke mit den Hörnerelektroden 1 und 2 wird eine Platine 3 genutzt. Die Platine 3 dient zur Befestigung der für den Zündvorgang erforderlichen Bauteile und legt gleichzeitig den Zündort 4 zwischen den Elektroden 1 und 2 fest.For the ignition of the spark gap with the
Die notwendige Impedanz zur Zündung kann einerseits durch diskrete Bauelemente oder aber auch durch das Platinenmaterial selbst gebildet werden. Mit einer solchen Leiterplatten-Zündhilfe können Schutzpegel kleiner 1 kV realisiert werden.The necessary impedance for ignition can be formed on the one hand by discrete components or else by the board material itself. With such a circuit board Zündhilfe protection levels less than 1 kV can be realized.
Der Bereich 5 zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 dient der Funktionsaufteilung zwischen Blitzstoßströmen und Folgeströmen.The area 5 between the
Die Ausnehmungen 6 in den Elektroden 1 und 2 dienen der Rückführung der Gase in den Lichtbogenlaufbereich und befinden sich oberhalb des Zündbereichs 5.The
Die Anschlusszuleitung 7 der langen Elektrode 1 ist über einen weiten Bereich antiparallel zur entsprechenden Elektrode geführt.The connecting
Die lange Elektrode 1 wird seitlich bis zur Lichtbogenlöschkammer bzw. Deionkammer 8 geführt.The
Die kurze Elektrode 2 endet bereits im Lichtbogenlaufbereich 11 mit der Spitze A. Bei einer bevorzugten Funktionsweise wechselt der Fußpunkt des Lichtbogens nach Erreichen der Position A zur Position B auf den Anschlussbereich der Elektrode 2.The
Die Gase, welche durch die Deionkammer 8 geführt werden bzw. die seitlich nach der Lichtbogenaufteilung der Deionkammer 8 entnommen werden, sind über Öffnungen 9 in einen Entspannungsbereich 26 zur Abkühlung geführt.The gases which are passed through the
Die Deionkammer besitzt auf der Stirnseite einen mittlere Quersteg und einen durchgängigen Längssteg, durch welchen die Gase gesplittet und gelenkt werden, so dass eine einseitige Belastung der Gesamtkonstruktion des Hörnerfunkenstrecken-Moduls vermieden wird.The Deionkammer has on the front side a central crosspiece and a continuous longitudinal web, through which the gases are split and steered, so that a one-sided load on the overall construction of the Hörnerfunkenstrecken module is avoided.
Die abgekühlten und entspannten Gase werden über Öffnungen 10 und Ausnehmungen 6 in den Elektroden 1 und 2 dem Laufbereich 11 erneut zugeführt.The cooled and expanded gases are supplied via
Zusätzlich zu den stirnseitigen Öffnungen 12 und den seitlichen Öffnungen 13 der Deionkammer 8 wird ein Teil der Gase bereits vom Einlaufen in die Deionkammer in die Entspannungsräume mit den Öffnungen 14 abgeführt. Die Gase aus den seitlichen Ausnehmungen 13 sowie aus der stirnseitigen Öffnung 12 der Deionkammer 8 werden aufgrund ihrer stärkeren Erwärmung nach der Lichtbogenaufteilung den Einströmöffnungen 9 und der Umlenkung zwischen der Vulkanfiberplatte und dem Halbschalen-Kunststoffspritzteil 22 zugeführt.In addition to the front-
Die Gase erfahren durch diese längeren Wege bereits eine Abkühlung an den metallischen Elektroden 1 und 2 bzw. den Elektrodenzuführungen.As a result of these longer paths, the gases already undergo cooling at the
In diesen Raum münden auch die Öffnungen 9 und 14 für die Gaszuführung.In this space open the
Die Gase werden mit einem Splitter 16 (siehe
Der Splitter 16 ist mit seiner erläuterten Wirkung hinsichtlich der Umlenkung und Verteilung heißer Gase sowie der Vermeidung der Zuführung von Abbrandprodukten für die Realisierung der gewünschten kompakten Bauform vorteilhaft. Der Splitter ermöglicht es, trotz der geringen Wege zwischen den Auslassöffnungen der Deionkammer und den Ausnehmungen in den Elektroden 6 eine Gasrückführung ohne aufwendige Maßnahmen zu realisieren. Darüber hinaus gewährleistet der Splitter eine ausreichende Abkühlung und Endionisation, so dass keine Rückzündungen auftreten und der Folgestromlichtbogen in seiner Bewegung unterstützt wird.The
In der jeweiligen Darstellung sind die Lage der Deionkammer 8 und der Hörnerelektroden 1 und 2 im aktiven Bereich der Funkenstrecke angedeutet.In the respective representation, the position of the
Die Durchführungen 15 sind für die Vernietung der Einzelkomponenten vorgesehen.The
Die Deionkammer 8 besitzt im Ausströmbereich neben dem Quersteg 25 einen durchgängigen Längssteg 24. Dieser dient zur beidseitigen Gewährleistung einer Strömungsdynamik, damit die Rückströmung nicht nur auf einer Seite erfolgt. Hierdurch wird eine gleichmäßige Abkühlung der Gase und eine bessere Ausnutzung der Wärmekapazität der gekapselten Funkenstrecke erreicht. Prinzipiell ist aber auch eine einseitige Strömungsführung denkbar.The
Die Gase, welche durch die Deionkammer 8 geführt und stark erwärmt werden, werden auf jeder Seite durch einen Splitter 16 (siehe
Gleichzeitig verhindern die Splitter 16 wie erwähnt eine direkte Zuführung von Abbrandprodukten. Hierdurch wird eine Rückzündung verhindert.At the same time prevent the
Die seitlichen Abströmkanäle 14 der Deionkammer 8 werden im Einlaufbereich, wo das Gas noch relativ kalt ist, direkt nach unten in Richtung Splitter in den Strömungskreislauf entlüftet. Hierdurch ergibt sich ein kurzer Strömungsweg mit geringem Strömungswiderstand.The
Die seitlichen Abströmkanäle 13 der Deionkammer 8 werden über separate Kanäle 27 nach oben in Richtung Ausströmbereich der Deionkammer entlüftet. Damit werden diese heißen Gase über einen längeren Strömungsweg stärker abgekühlt. Die Entlüftungsöffnungen der Deionkammer, d.h. die Öffnungen 12, 13 und 14 können zwischen jedem einzelnen Deionblech, das einen V-förmigen Abschnitt aufweist, vorhanden sein oder aber auch versetzt zwischen jedem zweiten Blech auf einer Seite realisiert werden. Die Entlüftungsöffnungen der Deionkammer sind entsprechend den gegebenen Platzbedingungen und den gewünschten Leistungsparametern individuell anpassbar.The
In dem Fall, dass die Funkenstrecke nach zahlreichen Belastungen altert, kann eine Änderung des Verhaltens durch eine optische Anzeige bzw. eine Fehlermeldung realisiert werden.In the event that the spark gap ages after numerous loads, a change in the behavior can be realized by an optical display or an error message.
Bei der vorstehenden Funkenstrecke ist aufgrund der kleinen Baugröße eine möglichst einfache und kostengünstige Überwachung des Zustands der Strecke sinnvoll. Eine charakteristische Größe für eine drohende Überlastung der Funkenstrecke ist üblicherweise die Temperatur im Bereich der Zündung des Lichtbogens an den Elektroden 1 oder 2, an der Rücksprungstelle B des Lichtbogens an der Elektrode 2 bzw. auch die Temperatur an der Deionkammer. Zur Temperaturüberwachung kann in den entsprechenden Bereichen ein temperatursensibles Material, z.B. ein Lotformteil oder ein Wachsteil formschlüssig aufgesetzt werden, welches mittels einer Federvorspannung auf Druck oder Scherwirkung belastet wird. Das temperatursensible Material kann alternativ auch an thermisch gut gekoppelten Anschlussteilen der Elektroden 1 bzw. 2 positioniert werden. So besteht die Möglichkeit, das Lotformteil unmittelbar in Kontakt zur Zuleitung 7 anzuordnen, welche wiederum direkt mit der Elektrode 1 verbunden ist.In the above spark gap is due to the small size as simple and inexpensive monitoring of the condition of the route makes sense. A characteristic variable for a threatening overload of the spark gap is usually the temperature in the area of the ignition of the arc at the
Ist die entsprechende Grenztemperatur des Formteils erreicht, wird nach der Verformung wie z.B. Stauchung oder Dehnung, dem Schmelzen oder der Abscherung, ein mechanisches Anzeigeelement betätigt oder freigegeben. Die Erwärmung einzelner Teile benötigt eine gewisse Zeit, und zwar aufgrund der gegebenen Wärmeleitung bzw. vorhandener Wärmekapazitäten. Um schnelle dynamische Vorgänge, insbesondere durch Impulsströme, zu erfassen, kann die Überwachung des Drucks bzw. der Kraft für eine Anzeige genutzt werden.When the corresponding limit temperature of the molding is reached, after deformation, such as e.g. Compression or stretching, melting or shearing, a mechanical indicator operated or released. The heating of individual parts takes a certain time, due to the given heat conduction or existing heat capacities. In order to detect fast dynamic processes, in particular by pulse currents, the monitoring of the pressure or the force can be used for a display.
Hierfür ist der Lichtbogendruck im Laufbereich, der Staudruck im Bereich der Lichtbogenlöschkammer, insbesondere oberhalb im Bereich der Gasumlenkung und auch der Gasdruck innerhalb der Entspannungskammer der Gase geeignet. Die äußere Isolierstoffplatte der entsprechenden Kammer kann praktisch als Membran für eine Druckmessung genutzt werden. Ebenso können in diesen Bereichen mechanische Sollbruchstellen installiert werden, die ab einer bestimmten Druckhöhe eine Anzeige betätigen oder aber auch gleichzeitig zur Drucklastung bei hohen Überlasten beitragen, so dass ein Berstschutz gegeben ist.For this purpose, the arc pressure in the running area, the back pressure in the arc extinguishing chamber, in particular above in the gas deflection and the gas pressure within the expansion chamber of the gases is suitable. The outer insulating plate of the corresponding chamber can be practically used as a membrane for pressure measurement. Likewise, mechanical predetermined breaking points can be installed in these areas, which operate a display from a certain pressure level or at the same time contribute to the pressure load at high overloads, so that a burst protection is given.
- 11
- lange Elektrodelong electrode
- 22
- kurze Elektrodeshort electrode
- 33
- Platinecircuit board
- 44
- Zündortignition point
- 55
- Zündbereichignition
- 66
-
Ausnehmungen in den Elektroden 1 und 2Recesses in the
1 and 2electrodes - 77
-
Anschlussleitung zur langen Elektrode 1Connecting cable to the
long electrode 1 - 88th
- DeionkammerDeionkammer
- 99
- Ausströmöffnungen im ElektrodenbereichOutflow openings in the electrode area
- 1010
- Ausströmöffnung innerhalb der kurzen ElektrodeOutflow opening within the short electrode
- 1111
- LichtbogenlaufbereichArcing area
- 1212
- hintere Ausströmöffnungen der Deionkammerrear outflow openings of the Deionkammer
- 1313
- seitliche Ausströmöffnungen der Deionkammerlateral outflow openings of the Deionkammer
- 1414
- Ausströmöffnung im Bereich des EinlaufbereichsOutflow opening in the area of the inlet area
- 1515
- Durchführungenbushings
- 1616
- Splittersplinter
- 2020
- innere Vulkanfiberplatteinner volcanic fiber plate
- 2121
- ferromagnetisches Materialferromagnetic material
- 2222
- KunststoffspritzteilPlastic injection molding
- 2323
- äußere Vulkanfiberplatteouter vulcanized fiber plate
- 2424
- Querstegcrosspiece
- 2525
- Längssteglongitudinal web
- 2626
- Entspannungsbereichrelaxation area
- 2727
- Ausnehmung im Isolierbereich der DeionkammerRecess in the insulating region of the Deionkammer
Claims (11)
- A horn spark gap with a deion chamber (8) of a non-blowout design having a multi-part insulating housing as a supporting and accommodating body for the horn electrodes and the deion chamber (8) as well as means for conducting the arc-induced gas flow, wherein the horn electrodes have an asymmetrical form comprising a longer (1) and a shorter (2) electrode, wherein both electrodes (1; 2) extend almost in parallel or with a small divergence in the ignition region (5),
characterized in that
the insulating housing is divided in the plane spanned by the horn electrodes and forms a first and a second half-shell (22) and the arc travel path (11) between the electrodes is delimited in the direction of the deion chamber (8) by a plate-shaped insulating material (20),
wherein the plate-shaped insulating material (20) is inserted into a respective first shaped portion of the respective half-shell in a form-fitting manner,
the first shaped portions furthermore accommodate a ferromagnetic deposit (21) of the arc travel path (11), wherein the plate-shaped insulating material (20) electrically isolates the respective deposit from the electrodes,
the half-shells (22) have further second shaped portions which accommodate an insertable deion chamber part in a form-fitting manner, wherein apertures or openings in the respective half-shell are located between the respective first and second shaped portions and the shorter electrode ends in front of the deion chamber part, with the result that the gas flow only passes partially into the deion chamber (8). - The horn spark gap according to claim 1,
characterized in that
the horn spark gap has a sandwich construction and the half-shells are joined in a force-fitting manner by screws or rivets. - The horn spark gap according to claim 1 or 2,
characterized in that
the exterior sides of the half-shells facing away from the electrodes each have a third shaped portion at least in the area of the apertures or openings which accommodates an outer insulating plate (23) in a form-fitting manner. - The horn spark gap according to claim 3,
characterized in that
the third shaped portion exhibits a web or a splitter (16) for dividing the gas flow, wherein the section formed by the third shaped portion and the outer insulating plate (23) creates a gas expansion space (26). - The horn spark gap according to claim 4,
characterized in that
the gas expansion space exhibits a slit-shaped passage gap for conducting the gases back to the arc combustion chamber, wherein the electrodes have openings or recesses above the ignition region to assist in the propelling of the arc by the gas flow. - The horn spark gap according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the current supply to the longer electrode (2) is guided to be antiparallel over a section as large as possible. - The horn spark gap according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the shorter electrode (1) has high impedance. - The horn spark gap according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the igniting or triggering ensues via a flexible circuit board having a conductor portion which is introduced into the ignition region between the electrodes. - The horn spark gap according to any one of the preceding claims,
characterized in that
same has an error condition display having a spring-biased shaped part which melts or becomes dimensionally unstable at excess temperature. - The horn spark gap according to any one of claims 3 to 9,
characterized in that
the outer insulating plate (23) deforming at pressure load is operatively connected to a sensor system for detecting abnormal operating states. - The horn spark gap according to any one of the preceding claims,
characterized in that
same forms a universal module having exterior connecting terminals for the electrodes which can be integrated into a connector part or outer housing according to customer request.
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