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Lichtbogenkammer Es ist bekannt, bei elektrischen Schalteinrichtungen
den Lichtbogen zwischen den auseinanderbewegten Schaltkontakten innerhalb von mehr
oder weniger geschlossenen Kammern zu ziehen. Die Wände dieser Kammern werden durch
die Lichtbogenhitze äußerlich stark beansprucht. Derartige Kammern sind aus verschiedenen
Baustoffen bekanntgeworden, insbesondere aus keramischem Material, Schiefer, Asbest,
hoch hiizebeständ@igem Glas sowie auch aus Faser- und Preßstoffen, wobei meist zum
Schutz der Oberfläche ein Feuchtigkeitsüberzug angewendet wurde oder ein Material,
das unter der Einwirkung des Lichtbogens Gas freigibt.
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Nach der Erfindung können für Lichtbogenkammern und Schaltkammern
sehr wertvolle Eigenschaften erreicht werden., indem als Baustoff wenigstens teilweise
Kohle verwendet wird. Dieses Material hat den Vorteil, da,ß es sehr hohen Temperaturen
standhält und dann, ohne flüssig zu werden., unmittelbar in gasförmigen Zustand
übergeht. Mit besonderem Vorteil werden für Lichtbogenkammern Kohlesorten mit sehr
geringer Leitfähigkeit, also hohem ohmschem Widerstand, verwendet. Da die Leitfähigkeit
auch von hochohmigen Kohlesorten für manche Kammerbauarten, insbesondere für solche,
die fächerförmig gestaltet sind, noch unerwünscht groß sein kann, kann es zweckmäßig
sein, die Kammern aus einzelnen leistenartigen Kohleteeilen aufzubauen, die voneinander
isoliert angeordnet werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen., daß die
Seitenwände der Kammer
aus einem Isoliermaterial; Schiefer, Asbest
oder keramischem Material gebildet werden, zwischen denen Leisten oder Teile aus
Kohle angeordnet sind.
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Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in den Fig. i und 2 der Zeichnung
dargestellt. Mit i sind hierbei die Seitenwände bezeichnet, die eine flache, breite,
nach oben offene Kammer einschließen. Diese Kammer ist hierbei durch Leisten :2
in ihrem oberen Teil in verhältnismäßig schmale Spalten unterteilt. Mit 3 und q.
sind Metalleinlagen. bezeichnet, die als Lichtbogenhörner dienen, auf die die Fußpunkte
des bei der Trennung des beweglichen Kontaktes 6 von dem festen Gegenkontakt 5 gezogenen
Lichtbogens überspringen. Hierbei. können beispielsweise die Seitenwände i aus Schiefer,
Asbest bestehen; während die Leisten 2 aus hochohmiger Kohle gebaut sind. Unter
Umständen. können aber auch die Seitenwände aus hochohmiger Kohle gebildet sein,
wobei es vorteilhaft sein kann, an den Stoßstellen, an denen die Leisten :2 an den
Wänden i anliegen, isolierende Zwischenschichten, beispielsweise in Form von Isolierkitt,
anzuordnen. Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, für die Seitenwände und
Leisten Kohlworten von verschieden hohen elektrischen Widerständen anzuwenden. Die
Kammer kann, wie dies an sich bekannt ist, auch so ausgeführt werden, daß die Leisten
nicht parallel, sondern fächerförmig verlaufen, wie dies in der Fig: 4 dargestellt
ist. Die Leisten können auch so geformt sein, daß sie den Zwischenraum zwischen
den beiden Seitenwänden nicht ganz ausfüllen, sondern auf einen düsenförmigen Spalt
einengen, wie! die Fig. 3 zeigt.
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Wenn ein Lichtbogen zwischen den Kontakten 5 und 6 gezogen wird; so
wird er durch die magnetische Wirkung der Lichtbogenschleife nach außen gedrückt,
wobei die Lichtbogenfußpunkte an den Metalleisten-3 und q. entlang wandern: Hierbei
wird der Lichtbogen in die zwischen den Leisten 2 entstehenden Spalten gedrückt.
Infolge der Leitfähigkeit dieser Leisten wird hierbei der Lichtbogen in einzelne
Teillichtbögen unterteilt, die in den Spalten zwischen den einzelnen Leisten nach
oben (nach außen) wandern, wobei der Strom zwischen den einzelnem Fußpunkten der
Lichtbögen durch die Leisten hindurchfließt. Hierbei macht sich der verhältnismäßig
hohe Kathoden- und Anodenfall an Kohleelektroden vorteilhaft bemerkbar, wodurch
die Brennspannung je Teillichtbogen vergrößert wird. Außerdem wird durch den verhältnismäßig
großen Widerstand des Weges durch die Kohleleisten hindurch der Strom herabgedrückt,
was den Unterbrechungsvorgang weiter erleichtert.
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Als zusätzliche Verbesserung kann dieser Widerstand des Stromweges
innerhalb der Leisten durch entsprechende Formgebung, insbesondere durch die Anordnung
von quer zur Stromrichtung verlaufenden Schlitzen 18, erhöht werden. Solche Schlitze
können hierbei in der Längsrichtung der Leisten (vgl. Fig. 5) oder auch, gegebenenfalls
zusätzlich, quer zu dieser Richtung (vgl. Fig. 6 und 7) vorgesehen werden. Wenn
hierbei die Teillichtbögen in dem Spalt zwischen den Leisten nach oben (außen) wandern,
so ist die direkte Verbindung zwischen den einzelnen Fußpunkten durch die Schlitze
unterbrochen, so daß der Strom den Umweg um diese Schlitze herum machen muß, also
einen entsprechend der Länge erheblich erhöhten ohmschen Widerstand zu überwinden
hat, wobei dieser Widerstand bei dem Wandern der Lichtbogenfußpunkte nach außen
immer weiter zunimmt. Diese Widerstandszunahme kann gegebenenfalls durch entsprechende
Formung der Teilleisten (Abnahme des Querschnittes, vgl. Fig. 7) oder aber auch
gegebenenfalls durch Abstufung der Leitfähigkeit des Materials noch weiter erhöht
werden. Hierzu kann man auch in der Wanderungsrichtung des Lichtbogens mehrere Kohleteile
(Keile bzw. Leisten) hintereinanderschalten, wobei der ohmsche Widerstand um so
höher gewählt wird, je weiter außen der Teil liegt. Auf diese Weise wird erreicht;
däß bei Wanderung des Lichtbogens allmählich ein immer größerer ohmscher Widerstand
eingeschaltet wird, was die Löschbedingungen sehr günstig beeinflußt, zumal ein
großer Teil der Schaltenergie in dem Widerstand der Kohle vernichtet wird und dadurch
das Schaltfeuer und die Lichtbogengase (die ionisierte Gasmenge) wesentlich geringer
wird.
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Dieser Effekt wird durch die Auftrennung des Lichtbogens in einzelne
Teillichtbögen, wobei der Strom zwischen den einzelnen Lichtbogenfüßpunkten durch
die Kohle hindurch verläuft, noch weiter gesteigert. Es ist deshalb unter Umständen
zweckmäßig, die Zahl der Teillichtbögen möglichst groß zu machen. Eine obere Grenze
liegt dabei in der Mindestlänge, die ein Teillichtbogen behalten muß, damit er unter
der Wirkung der Stromschleife bzw. eines magnetischen. Blasfeldes noch wandern kann.
Hierfür ergeben sich nach eingehenden Versuchen Lichtbogenlängen von wenigen Millimetern.
Es ist hierbei zweckmäßig, die Zahl der Leisten bzw. Keile und damit die Zahl der
Teillichtbögen so zu bemessen, daß auf den einzelnen Teillichtbogen als Bruchteil
der Betriebsspannung durch die Zahl der Teillichtbögen ein Spannungswert von etwa
30 bis d.o Volt entfällt.
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Mit besonderem Vorteil können die einzelnen Leisten an den den Kontakten
zugewendeten Seiten mit einer beispielsweise V-förmigen Vertiefung 16 ausgeführt
werden, wie dies gleichfalls in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Hierdurch wird erreicht,
däß der Lichtbogen zunächst in die Mitte der Leisten gedrängt und dort so lange
festgehalten wird, bis er in Einzellichtbögen aufgetrennt ist, deren Fußpunkte dann
an den Seitenflächen der Leisten entlang nach außen wandern, wodurch also das Überspringen
des Lichtbogens auf die Kohleleisten erleichtert wird.
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Bei der Verwendung von Kohle für die Seitenwände der Lichtbogenkammer
ist es zweckmäßig, diese aus mehreren durch zwischengelegte Isolierteile elektrisch
voneinander getrennten Teilen aufzubauen. Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in
der Fig.8 dargestellt; wobei sowohl die Seitenwände als auch- die Rippen der Kammer
von den Kohleleisten
2 gebildet werden. Die einzelnen Leisten sind
hierbei durch Isolierstücke 7 voneinander getrennt. Die Breite dieser Teile 7 nach
innen wird hierbei zweckmäßig kleiner als die der Kohleleisten 2 gewählt, so daß
die Isolierstücke diesen gegenüber zurücktreten und so dem Lichtbogen weniger ausgesetzt
sind. Die Isolierstücke können zweckmäßig entweder ganz oder aber an den inneren
Oberflächen i9 aus einem gasabgebenden Stoff, wie beispielsweise Fiber oder Kunststoffen,
bestehen, wobei durch die entwickelten Gase eine direkte Berührung mit dem Lichtbogen
verhindert wird, gleichzeitig aber zusätzlich die Lichtbogenlöschung erleichtert
wird.
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Um die magnetische Wirkung der Lichtbogenschleife, die den Lichtbogen
nach außen drückt, zu erhöhen, können mit Vorteil in an sich bekannter Weise Eisenteile,
beispielsweise in Form von Polblechen oder Eisenleisten, vorgesehen werden. Solche
Eisenleisten können bei der Anwendung von geschlitzten Kohleleisten beispielsweise
nach der Fig. 5 bzw. 7 innerhalb des Schlitzes angeordnet werden, wobei durch eine
auf beiden Seiten angebrachte Isolierzwischenlage ein Kurzschluß des verlängerten
Stromweges verhindert wird. Eine solche Eisenzwischenlage kann beispielsweise sehr
einfach dadurch geschaffen werden, daß, wie es in den. Fig.9 bis ii gezeigt ist,
ein Eisenblechstreifen io mit Hilfe eines Isolierkittes i i in die Schlitze eingekittet
wird. Hierdurch wird eine große mechanische Festigkeit erreicht. Durch diese Kittschicht
i i kann gleichzeitig auch die Befestigung der Leisten in der Kammer selbst gebildet
oder verstärkt werden.
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Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, an den äußeren Enden der
Kohleleisten als Fortsatz Isolierstücke 12 (s. Fig. 9 und, io) anzuordnen, wodurch
ein Überschlag des etwa aus der Kammer herausgetriebenen Lichtbogens verhindert
werden kann. Diese Isolierstücke können beispielsweise mit einer vorspringenden
Zunge 23 ausgeführt werden, die in das obere Ende des Schlitzes der Kohleleisten
9 eingreift. Bei der Verwendung von eingelegten Blechern io kann das Isolierstück
mit einer passenden Nut 24 ausgeführt werden, in die das Blech io eingreift und
so gleichzeitig der mechanischen Verbindung dient. Die aufgesetzten Isolierstücke
12 können beispielsweise aus keramischem Material, aus Asbest, Zement oder ähnlichem
Material bestehen.
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Es ist zweckmäßig, den Widerstand der Kohle so zu wählen, daß der
Gesamtspannungsabfall in der Kammer in dem Zustand, wo der größte Kohlewiderstand
zwischen den einzelnen Teillichtbögen eingeschaltet ist, gleich der gewünschten
Löschspannung ist. Da dann nur die Differenz zwischen Betriebsspannung und Löschspannung
wirksam ist, nimmt der Strom entsprechend der Zeitkonstante des abzuschaltenden
Stromkreises ab.
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Durch geeignete Abstufung des Widerstandes der einzelnen Kohleteile
15 kann man hierbei erreichen, daß auch bei absinkendem Strom die Löschspannung
der Kammer praktisch konstant bleibt. Die Brennspannung kann dadurch zusätzlich
beeinflußt werden, daß beispielsweise durch Metallteile 2o, die in. die oberen Teile
der Spalten zwischen den einzelnen Kohleleisten gelegt werden und die von allen
übrigen Teilen .isoliert sind, die Lichtbögen weiter unterteilt werden (Fig. io).
Eine ähnliche Wirkung kann auch durch Schrägstellung der Leisten erreicht werden.
Auch die bekannte fächerförmige Anordnung (Fig. io) hat im ähnlichen Sdnne die Wirkung,
daß die Länge der einzelnen Teillichtbögen um so größer wird, je weiter sie nach
außen wandern, wodurch die Brennspannung ähnlich beeinfußt werden kann.
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Bei derartigen Kammern könnten die bekannten Mittel zur Lrichtbogenläschung,
wie z. B. Luftströmung, magnetische Blasung, durch ein zusätzliches Blasfeld
17, das gegebenenfalls durch die Anordnung besonderer Polbleche unterstützt
wird, u. dgl. mehr angewendet werden.