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Leistungsschalter für Gleich- oder Wechselstrom Die Erfindung bezieht
sich auf einen Leistungsschalter für Gleich- oder Wechselstrom, der mit einer magnetischen
Beeinflussung des Lichtbogens arbeitet. Es sind Schalter mit einer magnetischen
Beblasung des Lichtbogens bekannt, bei denen der Lichtbogen durch das Magnetfeld
einer entsprechend angeordneten Blasspule senkrecht zu seiner Achse beschleunigt
wird, um ihn stark zu längen und in besondere Anordnungen zur Kühlung, z. B. zwischen
Löschbleche zu treiben, bis seine Spannung etwa gleich der Netzspannung wird und
er erlischt.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ohne Längung
des Lichtbogens eine schnelle Stromunterbrechung durch Herstellung einer spannungsfesten
Zone vor einem oder beiden Kontaktstücken des Schalters zu erreichen. Solche Aufgaben
treten beispielsweise bei einem unter Vakuum arbeitenden Schalter auf, bei dem die
Ladungsträger des Lichtbogens in sehr kurzer Zeit aus der Schaltstrecke entfernt
werden müssen, damit diese der wiederkehrenden Spannung standhält. Aber auch bei
anderen Leistungsschaltern, die mit einem strömenden Lichtbogenlösehmittel arbeiten,
läßt sich die Erfindung mit gleichem Erfolg anwenden.
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So sind bei einem Leistungsschalter für Gleich-oder Wechselstrom mit
einer magnetischen Beeinflussung des Lichtbogens durch mindestens um einen beweglichen
oder festen Schaltkontakt erzeugte Magnetfelder erfindungsgemäß die Magnetfelder
derart stark inhomogen ausgebildet, daß sie als magnetischer Spiegel derart wirken,
daß sie die bewegten Ladungsträger aus der Schaltstrecke nach außen ablenken.
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Die Ablenkung der schnell bewegten Ladungsträger ist um so stärker,
je inhomogener das oder die Magnetfelder sind, d. h. je stärker
sie gekrümmt sind. Dabei werden auch die Fußpunkte des Lichtbogens auf den festen
oder bewegten Schaltkontakten gegen die Lichtbogensäule »abgeschirmt«. Eine solche
Anordnung ist daher vorzüglich geeignet, bei Wechselstrom nach einem Nulldurchgang
die Schaltstrecke rasch von Ladungsträgern zu reinigen. Auch ein Gleichstromlichtbogen
wird durch die ständige Ab-
führung von Ladungsträgern so geschwächt, daß
der Strom im Lichtbogen gegen Null geht und der Lichtbogen gelöscht wird.
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Aus vorstehendem ergibt sich, daß die Erfindung auf einem ganz anderen
Löschprinzip beruht, als es bei den üblichen Schaltern mit magnetischer Beblasung
angewendet wird. Hier erfolgt eine Ausweitung der Lichtbogenschleife bzw. eine Wanderung
zwischen parallelen Laufschienen durch die Kraftwirkung des Magnetfeldes auf den
Strom im Lichtbogen mit anschließender Löschung zwischen kühlenden Wänden oder Blechen
in einer Löschkammer.
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Die Wirkung der magnetischen Spiegelfelder kann noch besonders unterstützt
werden, wenn zusätzlich in an sich bekannter Weise ein oder mehrere Magnetfelder
so angeordnet sind, daß ihre Feldlinien etwa senkrecht zur Stromrichtung verlaufen,
wodurch der Lichtbogen eine Kraftwirkung vom Schaltkontakt weg erfährt. Eine besonders
günstige Anordnung der Magnetfelder hierfür ist die, bei der die Feldlinien in der
Nähe des Lichtbogenfußpunktes im wesentlichen zirkular verlaufen. In diesem Fall
versetzt das beschleunigende Magnetfeld das Plasma der Lichtbogensäule um den Schaltkontakt
in ebenfalls bekannter Weise in eine rotierende Bewegung. Der Lichtbogenfußpunkt
muß der Plasmasäule folgen und bewegt sich somit, je höher der Strom ist,
um so rascher auf der Oberfläche des Schaltkontaktes bzw. eines Abbrandringes. Dadurch
wird die Temperatur des Elektrodenmaterials am Fußpunkt niedrig gehalten, und es
entsteht nur ein geringer gleichmäßiger Abbrand. Dies ergibt eine wesentliche Verbesserung
der Lösch- und Schaltbedingungen für den Lichtbogen gegenüber anderen Ausführungen.
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Zur praktischen Ausführung der Erfindung geht man zweckmäßigerweise
so vor, daß ein ablenkendes
magnetisches Spiegelfeld von einer fremderregten
Spule und zusätzlich ein beschleunigendes Blasfeld von einer vom Schalterstrom durchflossenen
Spule erzeugt wird. Wenn der Schalterstrom zur Erregung der das beschleunigende
Blasfeld hervorrufenden Spule benutzt wird, so bleibt die Kraftrichtung dieses Blasfeldes
auch bei einer Umkehrung der Stromrichtung erhalten. Man kann selbstverständlich
auch beide Magnetfelder von einer oder mehreren fremderregten Spulen oder z. B.
bei Gleichstrom auch mit Dauerinagenten erzeugen. Bestehen die Spulen aus mehreren
Teilen, so kann man erreichen, daß die ablenkende und/oder beschleunigende Wirkung
der Spulen zeitlich nacheinander wirksam wird, wodurch sich infolge der zeitlichen
und örtlichen Änderung der Magnetfelder eine besonderes hohe Ablenkbeschleunigung
erzielen läßt.
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Da die Erfindung auf der Inhomogenität und der Krümmung des magnetischen
Feldes mit seiner die Ladungsträger in Richtung des schwächeren Magnetfeldes leitenden
Wirkung beruht, so sind zur Erzeugung dieses Feldes bei elektrischen Spulen sehr
hohe Stromdichten notwendig. Diese lassen sich am vorteilhaftesten durch Ausbildung
der Spulen als Supraleiter erzielen. An ihre Stelle können aber auch Dauermagnete
hoher Koerzitivkraft mit geeignet auscrebildeten Polschuhen treten.
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el Sehr zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich bei
Schaltern, die mit einer düsenförmigen öffnung für den festen oder beweglichen Schaltkontakt
versehen sind, weil diese so ausgebildet werden kann, daß sie nicht nur die Inhomogenität
des magnetischen Feldes begünstigt sondern gleichzeitig auch die Zuführung eines
zusätzlichen Lösehmittels, wie Druckgas oder Drucköl, in konzentrierter Form ermöglicht.
In einem solchen Falle wird man dann die die Magnetfelder erzeugenden Spulen oder
Dauermagnete in düsenförinigen Körpern, die aus Metall oder Isolierstoff bestehen
können, unterbringen.
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Aus den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen läßt
sich die Erfindung näher entnehmen.
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F i g. 1 zeigt einen stiftfönnigen, beweglichen Schaltkontakt
1, der mit einem fest angeordneten Schaltkontakt 2 zusammenarbeitet. Bei
einer Ausschaltung entsteht zwischen den beiden Schaltkontakten ein Lichtbogen
3. Bei dem Schaltkontakt 1 sind zwei Spulen 4 und 5 so angeordnet,
daß die Spule 4 ein die Ladungsträger beschleunigendes magnetisches Feld erzeugt,
das senkrecht zur Zeichenrichtung verläuft, wie es durch die Kreise 6 mit
den Punkten dargestellt ist, während die Spule 5 ein magnetisches
Ab-
lenkungsfeld erzeugt, das durch die Krümmung der Feldlinien
7 wie ein magnetischer Spiegel wirkt. Die Spulen 4 und 5 können vom
Schalterstrom hintereinander durchflossen werden. Es ist jedoch zweckmäßiger, wenn
die Spule 4 allein vom Schalterstrom J durchflossen wird, während die Spule
5 fremderregt ist, damit auch beim Stromnulldurchgang noch ein sehr starkes
Magnetfeld auf noch etwa vorhandene Ladungsträger wirkt.
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Die Felder der Spulen 4 und 5 sind nun so ausgebildet, daß
die magnetische Feldstärke am Ort des Lichtbogenfußpunktes am Kontakt
1 möglichst ihren Höchstwert hat und nach außen abnimmt. Dadurch wird bewirkt,
daß schnell bewegte Ladungsträger, die Cregep die höhere magnetische Feldstärke
anlaufen wollen, abgelenkt werden und, den gekrümmten Feldlinien 7 folgend,
nach außen abgeführt werden. Zugleich erfährt der Lichtbogenstrom durch die Feldlinien
der Spule 4 eine abstoßende Kraft nach außen. Die Ladungsträgerwolke vor der Spitze
des Schaltstiftes 1 wird dadurch in kurzer Zeit aus diesem Bereich entfernt
bzw. wird diese Spitze gegen eindringende Ladungsträger abgeschirmt. Es entsteht
somit eine hohe Spannungsfestigkeit vor der Schaltstiftspitze, so daß die wiederkehrende
Spannung keinen Lichtbogen zwischen den beiden Kontakten mehr zünden kann. Werden
die Spulen 4 und 5 unterteilt und zeitlich nacheinander eingeschaltet, so
läßt sich die abstoßende Wirkung ihrer Felder laufend verstärken und so die Gesamtwirkung
der erfindungsgemäßen Einrichtung steigern.
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Aus F i g. 2 geht eine praktische Ausführung des Beispiels
nach F i g. 1 hervor. Der Schaltstift 1 befindet sich in der Löschstellung
in einem düsenförmigen Körper 8, in dem die Spulen 4 und die Spule
5 untergebracht sind. Die Spulen 4 verteilen sich in radialer Richtung mit
einem bestimmten Abstand voneinander über den Umfang der Düse, während die Spule
5 ringförmig ausgebildet ist. Der Schalterstrom J wird zweckmäßig
über die Spulen 4 geführt, wobei dieser Strom über die Zuführungskontakte
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vom Schaltstift 1 abgenommen wird. Mit 10 ist ein Abbrandring
an dem düsenförmigen Körper 8 bezeichnet.
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Eine weitere Ausführungsart der Erfindung mit Dauermagneten zur Erzeugung
des ablenkenden und beschleunigenden Magnetfeldes zeigt F i g. 3. In dieser
Figur bedeuten 1 und 2 wieder die beiden Schaltkontakte, 3 den Lichtbogen,
4 und 5 die in einem düsenförinigen Körper 8 untergebrachten Dauermagnete
zur Erzeugung des beschleunigenden bzw. ablenkenden Magnetfeldes. Dieser Schalter
eignet sich besonders zur Zuführung eines zusätzlichen Löschmittels in der Form
von einem Gas oder einer Flüssigkeit.