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Funkenstreckenanordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Funkenstreckenanordnung, vorzugsweise für Ventilableiter, die wenigstens zwei im wesentlichen parallele Platten aus lichtbogenfestem Isolationsmaterial enthält, welche Platten zwischen sich eine oder mehrere geschlossene Lichtbogenkammern bilden, in denen me- tallische Elektroden angeordnet sind, und die mit ausserhalb der Lichtbogenkammer gelegenen Anordnungen zum Erzeugen eines winkelrecht zu der genannten Lichtbogenkammer gerichteten Magnetfeldes versehen sind.
Ventilableiter, die dazu vorgesehen sind, in ein elektrisches Kraftnetz eingeschaltet zu werden, enthalten Funkenstrecken, deren Aufgabe es ist, bei eintreffender Überspannung zu zünden und dadurch eine Strombahn mit niedrigem Widerstand durch den Ableiter zu öffnen und danach so bald wie möglich den Lichtbogen wieder zu löschen und dadurch diese Strombahn zu unterbrechen und den Ableiter wieder in Ruhelage zu versetzen. Nachdem während eines Ableitungsvorganges wenigstens der wesentliche Teil des Überspannungsimpulses aufgehört hat, aber bevor die Funkenstrecke von neuem gelöscht worden ist und die niederohmige Verbindung durch den Ableiter unterbrochen hat, besteht ein Zustand, der dadurch charakterisiert ist, dass die über den Ableiter wirkende Betriebsspannung des Kraftnetzes durch den Ableiter einen Strom treibt.
Die übliche Bezeichnung dieses von der EMK des Netzes getriebenen Stromes ist Folgestrom. bb ist bekannt, Funkenstrecken dadurch zu bilden, dass metallische Elektroden in geschlossenen Lichtbogenkammern angeordnet werden, die sich zwischen aufeinander gestapelten Platten von lichtbogenfestem Isoliermaterial bilden. Es ist ferner bekannt, einen in einer Funkenstrecke gebildeten Lichtbogen durch Anordnen eines vom Lichtbogenstrom gespeisten äusseren magnetischen Feldes winkelrecht zu den Platten zu löschen. Das magnetische Feld beeinflusst dabei den gebildeten Lichtbogen derart, dass dieser verlängert und gezwungen wird, in einem engeren Teil der Lichtbogenkammer, genannt Löschkammer, zu fliessen.
Die Fusspunkte des Lichtbogens werden dabei längs der Elektroden von der Zündstelle fort bewegt, so dass diese abionisiert wird und eine hohe dielektrische Resistanz wieder erlangen kann, ehe die Löschung des Lichtbogens vollzogen worden ist. Nachdem der Lichtbogen in die Löschkammer hinausgetrieben worden ist, nimmt er einen beträchtlichen Bogenspannungsabfall auf, der zum Spannungsabfall in den mit den Funkenstrecken eventuell reihengeschalteten Ventil widerständen addiert wird, und trägt dadurch dazu bei, den von der Netzspannung getriebenen Folgestrom zu begrenzen. Der Lichtbogenspannungsabfall wird in einer Löschkammer des in Frage stehenden Typs im wesentlichen proportional der Lichtbogenlän- ge, die deshalb gross sein muss.
Es ist weiter bekannt, aus Raumersparnisgründen die Lichtbogenkammern übereinander, winkelrecht zu der Längsachse des Ableiters orientiert, anzuordnen, wobei der für die Lichtbogenkammer zur Verfügung stehende Raum von dem Zwischenraum zwischen zwei aufeinander ge- stapelten, gewöhnlich kreisförmigen und mit Ausnehmungen versehenen Platten aus Isoliermaterial gebil- det wird.
Bei der Arbeit, die zu der vorliegenden Erfindung geführt hat, hat man jedoch gefunden, dass die Wirkungsweise einer Funkenstrecke bedeutend verschlechtert wird, wenn das Verhältnis zwischen der Länge eines in der Löschkammer gezogenen Lichtbogens einerseits und der Abstand zwischen den Elektroden an der Zündstelle des entsprechenden Lichtbogens anderseits zu gross ist. Im angeführten Fall wird
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nämlich der Lichtbogenspannungsabfall so gross, dass die Wiederzündung der Zündstelle eintrifft, ehe die- se eine ausreichende dielektrische Resistanz wiedergewonnen hat. Es ist ferner bewiesen worden, dass die wiederkehrende dielektrische Resistanz in einer Zündstelle mit grossem Abstand zwischen den Elektroden verhältnismässig langsamer zunimmt als in einer Zündstelle, wo dieser Abstand kleiner ist.
Die genannten Ungelegenheiten werden durch die vorliegende Erfindung vermieden, deren Hauptge- danke es ist, den obengenannten Lichtbogen in mehrere reihengeschaltete Lichtbogen aufzuteilen. Eine solche Aufteilung des Lichtbogens hat grosse Vorteile. Das Verhältnis zwischen einer zulässigen, perio- disch und betriebsfrequent wiederkehrenden Spannung und der Zündspannung wird auf Grund des verkleiner- ten Elektrodenabstandes in jeder Teilfunkenstrecke günstiger. Die totale Lichtbogenlänge kann für das ganze Plattenpaar so gross gewählt werden, wie der RÅaum innerhalb der Kontur erlaubt, so dass das Plat- tenpaar den grösstmöglichen totalen Spannungsabfall aufnimmt, während gleichzeitig innerhalb jeder
Teilfunkenstrecke die Lichtbogenlänge auf einen mit Rücksicht auf die Wiederzündungsgefahr geeigneten
Wert begrenzt ist.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den genannten Platten mindestens drei me- tallische Elektroden angeordnet sind, auf welchen Fusspunkte von mindestens zwei reihengeschalteten
Lichtbogen liegen, die je von ihrer Zündstelle mit einem kleinen Elektrodenabstand längs der Elektroden in die genannte Löschkammer hinein bewegt werden. Die Placierung der in der Lichtbogenkammer ange- ordneten Metallelektroden kann erfindungsgemäss mit Vorteil auf zwei verschiedene Weisen ausgeführt werden.
Beispielsweise können die Metallelektroden so angeordnet werden, dass die zwischen den Elek- troden gebildeten Zündstrecken im wesentlichen gleich gross sind und bei dem oder in der Nähe des Plat- tenrandes liegen, und dass wenigstens die zwischen den äussersten Elektroden gelegene Zwischenelektro- de oder Zwischenelektroden sich quer über die Lichtbogenkammer zu dem oder in die Nähe des entgegen- gesetzten Plattenrandes erstrecken. Diese Elektrodenplacierung ist am vorteilhaftesten für eine Funken- streckenanordnung mit einer geringen Anzahl von Zwischenelektroden und hat den Vorteil, dass die Licht- bogen in ausgezogenem Zustand sich weit von den entsprechenden Zündstellen befinden, was vomEnt- ionisierungsstandpunkt aus wünschenswert ist.
Die Zwischenelektroden können jedoch in gewissen Fällen mit Vorteil in die Nähe des Mittelpunktes der Lichtbogenkammer placiert werden, so dass sie zwischen einander Zündstrecken bilden, und dass die genannten Elektroden sich in radialer Richtung von der mittleren Region der Lichtbogenkammer zu deren Kante erstrecken. Die letztgenannte Elektrodenplacierung istamvorteilhaftesten, wenn eine grössere Anzahl von Zwischenelektroden in der Lichtbogenkammer placiert werden sollen, da bei dieser Elektrodenplacierung ein grösserer Teil der Pheripherie der Lichtbogenkammer für den ausgezogenen Lichtbogen zugänglich ist. Die Erfindung ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Aussenelektroden gelegene Zwischenelektrode oder Zwischenelektroden Wände zu in der Längsrichtung jeder Elektrode verlaufenden Gaszirkulationskanälen bilden.
Die Zwischenelektroden werden zu diesem Zweck zweckmässigerweise mit einem U-förmigen Profil ausgeführt, oder sie haben die Form einer Haarnadel, wobei die in der Längsrichtung jeder Elektrode verlaufenden, im wesentlichen parallelen Schenkel in der Nähe der Zündstelle der Funkenstrecke zusammenhängen. Durch Ausnutzen der Zwischenelektroden als Wände der Gaszirkulationskanäle wird teils erreicht, dass die Luft im Lichtbogenraum, die der Lichtbogen bei seiner Bewegung vor sich herschiebt, einen Rückflusskanal er- hält, was notwendig ist, damit der Lichtbogen, ohne von einem komprimierten Gaskissen aufgehalten zu werden, den Rand der Lichtbogenkammer erreichen kann, und teils erhält man durch die Gaszirkulation eine Kühlung der Zündstellen, und diese Kühlung ist sehr wichtig für die Entionisierung der Zündstellen.
Die Zwischenelektroden bilden ausserdem gemäss der Erfindung eine mechanische Stütze zwischen den die Elektroden umgebenden Platten. Diese mechanische Stütze hat sich als sehr wertvoll erwiesen, da die Platten aus Isoliermaterial sehr starken mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt werden, wenn ein gro- sser Stossstrom durch die Funkenstreckenanordnung geleitet wird. Die Lichtbogen, die zwischen den Funkenstreckenelektroden gebildet werden, sind oft sehr energiereich und können deshalb grosse Brennschäden auf den Elektroden verursachen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Aussenelektroden als auch die Zwischenelektroden wenigstens bei den Zündstellen mit im wesentlichen ebenen oder kalottenförmigen Flächen ausgeformt sind, deren Ebenen rechte Winkel mit der Hauptebene der Platten bilden.
Die erfindungsgemässen Elektroden haben somit an den Zündstellen grosse Brennflächen für den Lichtbogen, wobei die Gefahr von Brennschäden auf den Elektroden verringert wird. Um eine wohl definierte Zündspannung für die Funkenstreckenanordnung zu erhalten, ist diese erfindungsgemäss in an und für sich bekannter Weise mit einem Vorionisierungsorgan versehen. Dieses besteht z. B. auseinemspitzen, aus der Elektrode herausragenden Metallteil, der in der Nähe der Zündstelle und von ihr aus sichtbar angeordnet ist. Als weiteres Kennzeichen der Erfindung ist jede Isolierplatte mit zwei auf jeder Seite der
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Platte placierten Metallelektroden versehen, die galvanisch verbunden sind.
Ferner ist die Erfindung da- durch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Platten gleich sind und aufeinander gestapelt werden können, und dass zwei aufeinander gestapelte Platten winkelverschoben im Verhältnis zu einander sind. Dass die
Platten einander gleich sind und dass auf beiden Seiten jeder Platte placierte Elektroden metallisch ver- bunden sind, ermöglicht das Anordnen der Platten in einem Stapel, wobei alle im Stapel gebildeten Zünd- strecken reihengeschaltet sind.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der beigefügten schematischen Zeichnung beschrieben, in der Fig. 1, 2 und 3 verschiedene Typen der E1ektrodenplacierung innerhalb der Lichtbogenkammer zeigen.
Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen verschiedene Ausbildungen der Zündstellen. Fig. 7, die eine zweckmässige
Ausführungsform der Erfindung darstellt, ist in die Teilfiguren 7a, 7b und 7c aufgeteilt. Die Fig. 7a, 7b und 7c zeigen verschiedene Seiten der stapelbaren Platten. Fig. 7c zeigt einen aus Platten zusammen- gesetzten Stapel, der Lichtbogenkammern und Funkenstrecken enthält.
In Fig. l sind die Aussenelektroden 2 und Zwischenelektroden 3 auf Platten 1 angeordnet, so dass sie zwischen sich die Funkenstrecke 4 bilden. Jede Elektrode ist mit ZUndwarzen 5 versehen, die im Aus- führungsbeispiel in der mittleren Region der Lichtbogenkammer derart placiert sind, dass die Zündwarzen
5 auf zwei naheliegenden Elektroden einander gegenüber liegen. Zwischen den Aussenelektroden 2, an der Mittelpartie 12 der Platte und um den Plattenrand 9, liegen aufeinander gelegte Platten ohne Zwischenraum aneinander, während sich dagegen an den übrigen Stellen zwischen den Platten Zwischenräu- me bilden. Diese Zwischenräume bilden die sogenannte Lichtbogenkammer, die aus einer verhältnismä- ssig geräumigen Zündkammer 10 und einer engeren Löschkammer 11 besteht.
Bei einer über den Aussenelektroden 2 auftretenden Überspannung wird ein Lichtbogen zwischen den ZUndw8rzen 5 in jeder Zündstrecke 4 gezündet. Der Lichtbogenstrom, der eine ausserhalb der Zündstrecke befindliche magnet- sche Blasspule speist, erzeugt ein winkelrecht zu der Ebene der Platte 1 gerichtetes Magnetfeld. Wenn die Lichtbogen, die an den Zündstellen 4 erzeugt werden, von dem genannten Magnetfeld beeinflusst werden, werden die Fusspunkte der Lichtbogen längs der Kanten der Elektroden 2 und 3 hinaus und gegen den Rand der Lichtbogenkammer bewegt und dabei in die Löschkammer 11 hineingezwungen.
Die Lichtbogen, die bei ihrer Bewegung teils verlängert und teils in eine enge Kammer hineingezwungen werden, nehmen dabei einen grossen Lichtbogenspannungsabfall auf, was dazu beiträgt den Strom durch die Funkenstreckenanordnung zu verringern, weshalb der Lichtbogen nicht länger aufrechterhalten werden kann, sondern erlischt.
In Fig. 2 sind die ovalen Aussenelektroden 2 so auf der Platte 1 angeordnet, dass sie zusammen mit den Zwischenelektroden 3 zwischen den Zündwarzen 5 Zündstrecken 4 bilden, die in der Nähe des Plattenrandes liegen. Bei einer eintreffenden Überspannung werden in den Zündstrecken 4 reihengeschaltete Lichtbögen gezündet, die mittels magnetischer Blasung verlängert und von der Zündkammer 10 zur Löschkammer 11 in derselben Weise wie in der Anordnung nach Fig. l bewegt werden.
Die Zündstrecke nach Fig. 3 hat wie die vorhergehende Zündstrecke zwei mit 2 bezeichnete Aussenelektroden, deren Zündstellen 4 in der Nähe des Plattenrandes 1 angeordnet sind. In Fig. 3 ist nur eine Zwischenelektrode 3 gezeigt, die sich quer über die Platte 1 erstreckt. Die in der Figur gezeigte Elektrode 3 hat eine Haarnadelform mit im wesentlichen parallelen Schenkeln. Ein in der Zündstrecke 4 gebildeter Lichtbogen wird von einem äusseren Magnetfeld in vorher beschriebener Weise in die Löschkammer 11 der Funkenstrecke hineingezwungen. Hiebei wird die Luft in der Kammer zusammen-und durch den von der Elektrode 3 gebildeten Gaszirkulationskanal 6 gepresst, wobei die verhältnismässig kühle Luft sowohl die Elektrode 3 als auch die Zündstelle 4 kühlt.
Die Aussenelektroden 2 und die gezeigten Zwischenelektroden 3 sind aus Raumersparnisgründen platt oder bandförmig ausgeführt. In der erweiterten Zündkammer 10 zwischen den Platten 1 sind die Elektroden jedoch gebogen, so dass die Zündstrecken 4 zwischen grossen, im wesentlichen ebenen Flächen der Elektroden und nicht zwischen deren schmalen Kanten gebildet werden. Hiedurch Kann der Lichtbogen sich unmittelbar nach der Zündung, wenn der hohe Stossstrom von der Überspannung passieren soll, über grössere Elektrodenflächen ausbreiten, was die Brennschäden auf den Elektroden reduziert.
In Fig. 7 werden wie in den früheren Figuren die Platten mit 1 und die in den Platten angebrachten ovalen Aussenelektroden mit 2 bezeichnet. Die Zwischenelektroden 3, die im Ausführungsbeispiel ein U-förmiges Profil haben, sind mit Gaszirkulationsausnehmungen 6 ausgeführt und im übrigen so geformt, dass sie eine mechanische Stütze zwischen den Platten 1 bilden. Die Zwischenelektroden 3 erstrecken sich von der Zündstelle 4 der Funkenstrecke zum entgegengesetzten Rand der Lichtbogenkammer. In den Platten 1 sind die Ausnehmungen für die Zündkammer mit 10 und für die Löschkammer mit 11 bezeichnet.
Weiter ist jede Platte mit Steuerabsätzen 13 versehen, die dazu vorgesehen sind, jede einzelne Platte
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