Das Folgestromlöschvermögen von Funkenstreckenanordnungen
ist im wesentlichen direkt proportional der Lichtbogenspannung.
Hieraus ergibt sich die Zielsetzung, eine möglichst hohe Lichtbogenspannung
zu erreichen. Im einzelnen existieren mehrere Lösungsansätze, die sich aus der nachfolgenden
Gleichung (1) ableiten:
UB = (UR + UK) + L · E (1)
- UB
- = Bogenspannung;
- UA + UK
- = Anodenfall-/Katodenfallspannung;
- L
- = Bogenlänge;
- E
- = Bogenfeldstärke.
Die Werte UA + UK sind Grundgrößen der Plasmatechnik
und kaum beeinflußbar.
Eine erste prinzipielle Ansatzmöglichkeit
ist die Beeinflussung der Bogenlänge
L. Dies wird in der Regel durch eine Aufweitung des Bogens erreicht.
Nachteilig ist, daß die
geometrischen Abmessungen der Elektroden entsprechend groß werden
und damit Grenzen durch die Gesamtgeometrie vorliegen.
Die zweite prinzipielle Möglichkeit
ist, die Bogenfeldstärke
E und damit das Folgestromlöschvermögen über die
direkte Kühlwirkung
zu beeinflussen. Dies wird bei bekannten Geräten üblicherweise durch Kühlung des
Lichtbogens herbeigeführt.
Die Kühlung
wird in der Regel durch die Kühlwirkung
der Isolierstoffwände
sowie die Verwendung von gasabgebender Isolierstoffe erreicht. Weiterhin
ist eine starke Strömung
des Löschgases
notwendig, was wiederum einen hohen konstruktiven Aufwand erfordert.
Die heißen,
ionisierten Gase des Lichtbogens werden durch Ausgasöffnungen
im Funkenstreckengehäuse
nach außen
in die Umgebung abgeführt. Dies
bedingt, daß am
Einbauort der Funkenstrecke bestimmte Abstände zu anderen spannungsführenden,
z.B. in der Elektroverteilung vorgesehenen sowie brennbaren Teilen
einzuhalten sind, was den Einsatz nur unter bestimmten zusätzlichen
Vorgaben ermöglicht.
Aus der
DE-OS 20 07 293 ist eine wiederzündende Funkenstrecke
für Überspannungsableiter mit
einer Funkenlöschspule
und mit zwei auf einer isolierenden Unterlage angeordneten Elektroden
bekannt. Die Funkenstrecke ist in bekannter Weise auf einer kreisförmigen Platte
aus keramischem Material montiert. Die Platte hat einen vertieften
Teil, der eine Löschkammer
bildet. Die Funkenstrecke besteht aus zwei Elektroden, von denen
jede ein Befestigungsteil und ein Funkenstreckenteil umfaßt. Die
Funkenstreckenteile divergieren von der Zündstelle weg. Ihre einander
gegenüberliegenden
Flächen
bilden Auslaufwege für
die Fußpunkte
des zwischen den Elektroden auftretenden Lichtbogens. Die voneinander
abgewandten Flächen
der Funkenstrecke bilden Rücklaufwege
für die
Fußpunkte
des Lichtbogens, wenn der Lichtbogen unter Einwirkung der Funkenlöschspule
so weit verlängert
worden ist, daß seine Fußpunkte
die Spitzen der Elektroden passiert haben. Zwischen dem Rücklaufweg
und dem Auslaufweg jeder Elektrode liegt jeweils ein Kanal, der
einen Durchströmbereich
für das
ionisierende Gas des Lichtbogens bildet. Der Kanal kann als Rinne
in der Platte ausgeführt
sein und wird dabei auf einer Seite von dem Funkenstreckenteil überdeckt.
Nach einer anderen Ausführungsform
kann der Kanal aus einer Bohrung in jeder Elektrode bestehen, so
daß der
Kanal ganz in dem Elektrodenmaterial liegt. Der Kanal mündet in
der oder in unmittelbarer Nähe
der Zündstelle,
wo der Lichtbogen gezündet
wird, wenn ein Überschlag
eintritt.
Nachteilig ist beim Gegenstand nach
DE-OS 20 07 293 , daß durch
den Öffnungswinkel
der beiden divergierenden hörnerartigen
Funkenstreckenanteile ein relativ großer Raum benötigt wird
und daß ferner die
Stromzuführung
zu den beiden Elektroden von seitlich der Elektroden gelegenen Außenbereichen herkommt.
Dies kann zu relativ hohen strombedingten Kräften führen, die mechanisch bewältigt werden müssen.
Die DE-PS 29 34 236 zeigt einen Überspannungsableiter
mit Funkenstrecke, deren Elektroden mittels eines Isolierstücks auf
Abstand gehalten werden und welche eine den Bereich der Bogenentladung
umschließende
Kammer mit Wänden
aus Isolierstoff aufweist, der unter Wärmeeinwirkung Löschgas abgibt.
Bei diesem Überspannungsableiter
wird die beim Überschlag
entstehende Energie dazu benutzt, Löschgas aus dem aus entsprechendem
Isolierstoff bestehenden Isolierstück derart zu erzeugen, daß der Lichtbogen
vom Spalt weggedrückt
wird und die ionisierten Gase nach außen abgelassen werden, so daß nach Überspannungsende
keine weitere Zündung
durch die Netzspannung erfolgen kann. Nachteilig ist hierbei ein
relativ hoher konstruktiver Aufwand für die Schaffung der Gasführung und
der Umstand, daß die
heißen
Gase ausgeblasen werden.
Die
US
3,849,704 zeigt einen Überspannungsableiter
mit einem geschlossenen Gehäuse.
Im Zusammenwirken mit der Impedanz eines Zuleitungskabels wird der
Löschvorgang
optimiert, wobei das Volumen des Gehäuses des Überspannungsableiters so groß gewählt ist,
daß auch
bei mehrmaligem Auslösen
keine unzulässig
hohen Drücke
auftreten. Nachteilig ist jedoch, daß sich die Wirkungen bezüglich einer
optimalen Überspannungsableitung erst
dann einstellen, wenn über
die Kabelimpedanz eine Spannungsbegrenzung gegeben ist, wobei der Ableiter
selbst gehäuseseitig
großvolumig
dimensioniert werden muß.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Funkenstreckenanordnung mit zwei Elektroden, die
im Innenraum eines druckfesten Gehäuses angeordnet sind, so weiterzubilden,
daß eine betriebsbedingte
Druckerhöhung über die
Zeit abgebaut werden kann, ohne daß Eingriffe in die Kapselung
notwendig sind.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung
erfolgt mit einer Anordnung gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen
und Weiterbildungen umfassen.
Zum Beispiel ist das Volumen des
Innenraums der Funkenstreckenanordnung so bemessen und auf die Höhe des zu
erwartenden Netzfolgestroms abgestimmt, daß durch den Lichtbogen des Netzfolgestroms
eine kurzzeitige Druckerhöhung
um ein Vielfaches des atmosphärischen
Drucks gegeben ist. Zum späteren
langsamen Abbauen des Überdrucks
bzw. zum Angleichen des Innendrucks an den atmosphärischen
Umgebungsdruck sind erfindungsgemäß Kanäle kleinen Querschnitts im
bzw. am Gehäuse
ausgebildet.
Bevorzugt besitzt das Gehäuse eine
im wesentlichen zylindrische Form, wobei die Stirnflächen durch
Deckelelemente verschlossen sind.
Das Gehäuse ist von einem metallischen rohrförmigen Druckkörper umschlossen
oder wird durch einen solchen Druckkörper geformt. Der Druckkörper ist
stirnseitig umgebördelt
und umgreift die Deckelelemente.
Die erwähnte Druckerhöhung in
dem die Elektroden aufweisenden Innenraum kann z.B. durch den Lichtbogen
des Netzfolgestroms selbst produziert werden.
Demnach wird die Steigerung des Folgestromlöschvermögens nicht,
wie bereits bekannt und üblich,
durch eine verbesserte Kühlung
des Lichtbogens erreicht, sondern durch eine druckabhängige Beeinflussung
der Bogenfeldstärke.
Durch die damit einhergehende Erhöhung der
Bogenspannung verbessern sich auf überraschend einfache Art und
Weise die Löschbedingungen.
Dies ist auf die Anwendung des Effekts zurückzuführen derart, daß die Feldstärke E direkt
dem Druck des Löschgases
proportional ist. Somit lassen sich hohe Bogenspannungen bei sehr
kleinen Abmessungen des Gehäuses
erreichen. An sich erzeugen sowohl Stoßstrom als auch Folgestrom
Hitze und bewirken einen Druckanstieg; aktiv genutzt wird jedoch
die Erhitzung durch den Netzfolgestrom. Damit ist der Druckanstieg..
und somit auch das Löschvermögen in direkter
Weise an den zu unterbrechenden Netzfolgestrom gekoppelt. Damit
entsteht ein stromabhängiges
Schaltverhalten bzw, Schaltvermögen. Entscheidend
für die
Größe des Netzfolgestroms
ist die Spannungsdifferenz zwischen Netzspannung einerseits und
Bogenspannung andererseits. Da hier beide Spannungen in ihrer Wirkung
einander entgegengesetzt gerichtet sind, hat dies für die Erfindung den
Vorteil, daß immer
nur so viel Druckerhöhung produziert
wird, wie zur Unterbrechung des momentan fließenden Stroms notwendig ist.
Dieses sogenannte "weiche Schalten" steht im Gegensatz zum "harten
Schalten" nach dem Stand der Technik. Dort wird aufgrund der fehlenden
Stromabhängigkeit
des Löschvermögens der
Strom immer mit der vollen Leistungsfähigkeit unterbrochen, Dies
kann zum sogenannten Stromabriß führen. Dieser
Stromabriß stellt
eine Belastung der nachgeschalteten zu schützenden Anlagen oder Geräte dar und
wird bei vorliegender Erfindung vermieden.
Für
die Optimierung des Volumens der Lichtbogenkammer bzw. des Innenraums
des Gehäuses ist
folgendes zu beachten. Ist das Kammervolumen zu klein, kommt es
beim Stoß-
bzw. Folgestromlöschvorgang
zu einer mechanischen und/oder thermischen Überlastung des Gehäuses. Ist
das Volumen zu groß,
ist der Druckanstieg und damit das Anwachsen der Bogenspannung zu
gering.
Beispielsweise erfolgt eine kurzzeitige
Erhöhung
des Innendrucks des Gehäuses
auf 10 bis 60 bar. Damit läßt sich
das Folgestromlöschvermögen etwa
vervierfachen, wobei der Vorteil eines sehr geringen Volumens des
Innenraums des Gehäuses
gegeben ist.
Wie dargelegt, wird der im Gehäuse durch den
Lichtbogen des Stoßstroms
und den Lichtbogen des Folgestroms entstehende Überdruck langsam abgebaut,
wobei der Abbau des Überdrucks
vorzugsweise innerhalb von 3 bis 5 Stunden erfolgt. Weil jeder Stromstoß einen
Folgestrom nach sich zieht und der Folgestrom aufgrund seiner Wärmeentwicklung eine
Erhöhung
des Innendrucks in der Funkenstreckenanordnung bewirkt, wird durch
die vorhandenen Kanäle
zuverlässig
vermieden, daß die
jeweiligen Überdrücke sich
addieren und die Funkenstreckenanordnung zerstören. Vielmehr wird durch die
gegebenen erfindungsgemäßen Merkmale
ein langsamer, kontinuierlicher Ausgleich des Innendrucks des Gehäuses an
die Außenatmosphäre erreicht.
Dadurch, daß sich
der Druck abbauen kann, bleibt die Ansprechspannung der Funkenstreckenanordnung
nahezu konstant, auch in dem Fall, wenn mehrere zeitlich beabstandete
Löschvorgänge stattfinden.
Bei der Verwendung des beschriebenen quasi-druckdichten
Gehäuses
entfällt
der beim Stand der Technik gegebene Nachteil des Ausblasens der vom
Lichtbogen erzeugten heißen
Gase. Somit besteht in keinem dieser Fälle die Gefahr einer Gefährdung von
Personen und/oder einer Beschädigung von
benachbarten Bauteilen oder dergleichen Mitteln.
Generell ist darauf aufmerksam zu
machen, daß ein
wichtiger synergistischer Effekt darin liegt, daß eine Verringerung des Volumens
des Innenraums des Gehäuses
bei einer angenommenen Größe des Netzfolgestroms
eine entsprechende und für die Löschung vorteilhafte
Erhöhung
des Innendrucks im Gehäuse
zur Folge hat, so daß es
nicht notwendig ist, zur Erhöhung
der Bogenspannung die Länge
des Folgestromlichtbogens zu vergrößern. Damit ist eine unerwünschte Volumenerhöhung des
oben genannten, die Elektroden aufnehmenden Gehäuseinnenraums nicht notwendig.
Die erfindungsgemäße Funkenstreckenanordnung
kann als Modul in ein- oder mehrpoligen Gehäusevarianten für den Innen-
und Außenbereich
angewendet werden, einschließlich
bei explosionsgeschützten
Funkenstrecken.
Beim Einsatz eines äußeren Druckkörpers, der
die Vorteile einer kostengünstigen
Herstellung aufweist, werden keine mechanischen Anforderungen an
das umgebende Kunststoffelement gestellt.
Mittels einer aus Durchmesserunterschieden resultierenden Überdeckung
kann auch ein Überdruckventil
für die
Funkenstreckenanordnung realisiert werden, wobei die Deckelelemente,
die z.B. aus Kunststoff bestehen, an den Umbördelungen abscheren und der
jeweilige Elektrodenfuß zur
Anlage an die Umbördelung
kommt. Durch die dabei auftretenden größeren Spalte wird der Überdruck
in die Atmosphäre
sehr schnell abgebaut.
Zum Druckausgleich des Innenraums
sind zum Angleichen des Innendrucks der Gehäuseanordnung an den atmosphärischen
Normaldruck Be- und Entlüftungskanäle vorgesehen,
die so dimensioniert werden, daß der
Abbau des Überdrucks über verschiedene
Zeiten einstellbar ist. Im Sinne der Verbesserung des Löschverhaltens
können
innere Kunststoffelemente und/oder ein Isolierstück aus einem gasabgebenden
Werkstoff bestehen.
Die Erfindung soll nachstehend von
Ausführungsbeispielen
sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1 eine
erste Ausführungsform
der Funkenstreckenanordnung im Längsschnitt,
2, 2a eine Ansicht eines NH-Sicherungsgehäuses mit
eingebauter Funkenstreckenanordnung im geschlossenen und geöffneten
Zustand,
3, 3a eine Ansicht eines Außengehäuses mit
drei eingebauten Funkenstreckenanordnungen im geschlossenen und
geöffneten
Zustand und
4 eine
weitere Ausführungsform
der Funkenstreckenanordnung im Längsschnitt.
Die erste Ausführungsform der Funkenstreckenanordnung
ist in 1 im Längsschnitt
dargestellt. Im Innenraum 1 sind zwei Elektroden 2a und 2b befindlich,
welche durch ein Isolierstück 3 auf
einem notwendigen Abstand a gehalten werden. Auch dieser Abstand
bestimmt die Ansprechspannung der Funkenstrecke. Der Abstand a kann
durch im einzelnen nicht dargestellte Mittel verändert werden, um somit unterschiedliche
Ansprechspannungen einstellen zu können, wobei eine Erhöhung des
Abstands a zu einer Erhöhung
der Ansprechspannung und dies zu einer höheren Bogenspannung führt.
Das Isolierstück 3 kann vorteilhaft
aus einem gasabgebenden Kunststoff (z.B. POM) bestehen und derart
gestaltet sein, daß die
Zündung
des Lichtbogens als Gleitentladung an den einander zugewandten Enden
der Elektrodenkegel 2a und 2b eingeleitet wird.
Dadurch wird der Lichtbogen veranlaßt, sich entsprechend dem durch
die Kegelform der Elektroden 2a und 2b bedingten Öffnungswinkel
aufzuweiten und damit günstigere
thermische sowie Löscheigenschaften
herzustellen.
Innerhalb des kleinen Spalts a springt
der Lichtbogen über
und wird dann entlang der sich von diesem Spalt a her erstreckenden
Elektrodenflächen 20 radial
nach außen
geführt.
Da diese Elektrodenflächen
miteinander einen sich nach außen
erweiternden Konus bilden, hat dies eine entsprechende Verlängerung
des Lichtbogens und damit eine Erhöhung der Bogenspannung zur Folge.
Bei der Ausgestaltung der Funkenstreckenanordnung gemäß 1, aber auch gemaß 4 und bei den hier gegebenen Abmessungen
von etwa einem Drittel der Größe der Darstellung
auf den Figuren ist eine Druckerhöhung des Innendrucks im Bereich
von etwa 30 bis 50 bar gegeben.
Selbstverständlich liegt es im Bereich
der Erfindung, die Formgebung der Elektrodenflächen und auch der Elektroden
als solchen und ihrer Halterung anders zu gestalten als in den 1 und 4 gezeigt.
So könnte beispielsweise die Elektrodenfläche 20 vom
Isolierstück 3 her
bis zum äußeren Umfang
der Elektroden 2a, 2b im Abstand a radial nach außen hin
verlaufend gestaltet werden, wobei deren innere Stirnfläche am Isolierstück angrenzen
kann. Der die Elektroden aufweisende Innenraum 1 ist umgeben
von einer druckfesten Gehäuseanordnung 5. Diese
Gehäuseanordnung 5 wird
begrenzt durch zwei Deckelelemente 4a und 4b an
den Stirnflächen. Die
gesamte Anordnung wird geführt
und zu den Seitenflächen
abgeschlossen durch ein inneres Kunststoffelement 5a. Diese
Teile 4a, 4b und 5 isolieren die Funkenstrecke
von einem in diesem Ausführungsbeispiel
vorgesehenen äußeren Druckkörper 6,
der die Teile 4a, 4b und 5a so umschließt, daß ein druckfester
Zusammenhalt hergestellt ist.
Bevorzugt besteht der äußere Druckkörper 6 aus
einem metallischen Rohrstück,
das durch Umbördeln
seiner beiden, an den Deckeln 4a, 4b anliegenden
Enden kostengünstig
fertigbar ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das innere
Kunststoffelement 5a auch aus einem gasabgebenden Werkstoff
(z.B. POM) bestehen.
An die Deckelelemente 4a und 4b,
die aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff bestehen, werden
hohe mechanische und thermische Anforderungen gestellt. Sie halten
den entsprechenden Kräften
stand, die beim Stoßstromableitvorgang
und bei der Folgestromlöschung
durch den Druck im Innenraum 1 bzw. Gehäuseanordnung 5 erzeugt
werden.
Da thermisch hochbelastbare Kunststoffe
in der Regel sehr spröde
und damit für
den Anwendungsfall für
die Deckelelemente 4a und 4b nicht optimal geeignet
sind, wird hier eine Funktionstrennung durchgeführt. Die thermische Isolierung
der heißen Elektroden 2a und 2b zwischen
den Deckelelementen 4a und 4b kann eine thermische
Trennscheibe 7 übernehmen.
Eine mechanische Entlastung der Deckelelemente 4a und 4b kann
erreicht werden durch deren Abstützung
auf die oben genannten Ränder des
Druckkörpers 6.
Durch die spezielle Gestaltung eines
Elektrodenfußes 8,
dessen Durchmesser d1 größer als
die lichte Weite d2 des Druckkörpers 6 ist,
wird eine Entlastung der Deckelelemente 4a und 4b erreicht
und die wirkenden Kräfte
gleichmäßig verteilt.
Für die
mechanische Stabilität
der Gesamtanordnung ist die Überdeckung
x von großer
Bedeutung (siehe 2), wobei
gilt x = (d1 – d2)/2.
Für
eine langfristige, von Minuten über
Stunden erfolgende Angleichung des stationären Innendrucks in der Gehäuseanordnung 5 an
die Umgebungsbedingungen sind Be- und Entlüftungskanäle 9 vorgesehen, die
der genannten Angleichung angepaßte, entsprechend kleine Durchtrittsquerschnitte aufweisen.
Die Kanäle 9 gehen
in die Gewindebohrung der Anschlußstäbe 2' und die dort
vorgesehene Schraubgewindepaarung über. Die in den 1 und 4 gezeigte Gewindepaarung bildet einen
Kanal kleinen Querschnitts, ohne daß zusätzliche Öffnungen oder Bohrungen im
Gehäuse
erforderlich sind.
Aufgrund der Tatsache, daß es sich
bei der vorgeschlagenen Anordnung um eine in sich geschlossene,
nicht ausblasende Funkenstrecke handelt und dadurch keine Krafteinwirkung
auf ein weiteres Außengehäuse (z.H.
NH-Sicherungsgehäuse, 2) ausgeübt wird, ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten
auch in entsprechend weniger stabilen Außengehäusen.
Das erfindungsgemäße Funkenstreckenmodul kann
als Standardbaugruppe in verschiedene Gehäusevarianten integriert werden,
wie dies nachfolgend anhand der 2 und 3 näher beschrieben und erläutert wird.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß mit der
Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik die Funkenstreckenanordnung relativ kleinbauend
sein kann. Beispielsweise ist die Darstellung der Funkenstreckenanordnungen
in den 1 und 4 etwa im Maßstab 3:1
gezeichnet. In der praktischen Ausführung sind die Funkenstrecken
entsprechend kleiner als in den Figuren erkennbar.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung
ist die Möglichkeit
der Stromzuführung über die
axial in Richtung der Längsmittelachse 19-19 verlaufenden Anschlußstäbe 2' der
Elektroden 2a, 2b. Hierdurch werden schädliche strombedingte
Kräfte
vermieden.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß die Gehäuseanordnungen 5 der
Erfindung so druckfest sein müssen,
daß sie
auch den nur kurzzeitig auftretenden Innendruck aufgrund des relativ
hohen Stoßstroms
aushalten können;
während
demgegenüber
der Innendruck aufgrund des erläuterten
Folgestroms wesentlich geringer ist. Die nachfolgend erläuterten
weiteren Außengehäuse 11, 13 müssen demgegenüber keinen
Innendruck aushalten, da dies von der Funkenstreckenanordnung quasi übernommen
wird.
Die Deckelelemente 4a und 4b können als Überdruckentlastung
bzw. Drucksicherung ausgelegt sein, um eine unerwünschte Explosionsgefahr
der gesamten Anordnung zu vermeiden. Hierfür wird bei einer unzulässigen Erhöhung des
Innendrucks mittels der Füße 8 der
Elektroden 2a und 2b ein Abscheren der innen gelegenen
Teile der Kunststoffdeckel 4a und 4b etwa entlang
der gewellt eingezeichneten Linien 18 erreicht.
Nach dem Abscheren dieser Teile kommen die
Isolierscheiben 7 zur Anlage an die Umbördelungen 6' des Druckkörpers 6 und
verhindern ein Herausdrücken
der Elektroden 2a und 2b. Mit dem Abscheren der
oben genannten Teile entlang der Linien 18 ist eine größere Durchtrittsöffnung zwischen
dem Innenraum 1 und der Umgebung geschaffen, so daß sich der
im Innenraum entstandene Überdruck
sehr schnell abbaut.
Gemäß der 2 und 2a ist
die Funkenstreckenanordnung 10 in ein NH-Sicherungsgehäuse 11 eingebaut,
welches im geschlossenen (2)
und geöffneten
(2a) Zustand dargestellt
ist. Das Sicherungsgehäuse 11 besteht
dabei aus zwei Halbschalen 11a und llb und weist
Auszugslaschen 12 auf. Die elektrische Kontaktierung von
stromführendem
Leiter bzw. Erde erfolgt durch standardisierte NH-Kontaktmesser,
welche mit 2a und 2b bezeichnet sind.
In 3, 3a ist die mehrpolige Variante
von Funkenstreckenanordnungen 10 in einem speziellen Außengehäuse 13 dargestellt.
Da bei den erfindungsgemäßen Funkenstreckenanordnungen
das beim Stand der Technik erforderliche Ausblasen entfällt, kann
man die Funkenstrecke enger anordnen und ein diese umschließendes Außengehäuse weniger
stabil ausgestalten. Wie 3 zeigt,
werden beispielsweise drei Funkenstreckenanordnungen 10 in einer
platzsparenden, räumlichen
Anordnung integriert. Damit ergibt sich ein günstigerer Ausnutzungsfaktor
des Innenvolumens des Außengehäuses 13. Die
erdseitige Verbindung der Einzelelemente kann durch eine kostengünstige,
gemeinsame Erdplatte 17 realisiert werden. Das Außengehäuse 13 kann, wie
in 3a dargestellt, über Schnappbefestigungen 14 auf
einer Standarddrahtschiene montiert werden. Es können Anschlußmöglichkeiten
für Kabeleinspeisung 15 (3a) oder eine Kammschiene 16 (3) vorhanden sein. Die Anschlußmöglichkeiten der
stromführenden
Leiter sind im modularen Abstandsmaß so aufgebaut, daß auf der
einen Seite drei Anschlüsse 15 bzw. 16 für die stromführenden Leiter
und auf der Gegenseite der Erdanschluß 21 vorgesehen sind.
Bei der Ausführungsform gemäß 4 ist der für eine hermetische
Abdichtung vorgesehene äußere Druckkörper 6 nicht
vorhanden. Dies bedingt, daß das
innere Kunststoffelement 5a und die beiden Deckelelemente 4a und 4b so
auszubilden sind, daß diese
Teile 5a, 4a und 4b die Funktion des äußeren Druckkörpers 6 insoweit
ersetzen, als der erforderliche druckfeste Zusammenhalt über diese
Teile erzielt wird. Dazu werden entweder die Deckelelemente 4a und 4b entlang
der gemeinsamen Fläche
(Strecke A-F) verklebt oder die Teilflächen (Strecke B-C oder D-E)
mit einem feingängigen
Gewinde versehen und verschraubt. Anstelle dessen ist auch ein Vernieten oder
ein Verstiften denkbar. Selbstverständlich sind die vorgenannten
Verbindungstechniken auch kombiniert anwendbar.
Als Werkstoff für die Deckelelemente 4a und 4b bietet
sich Metall oder ein entsprechend hochstabiler Kunststoff an. Bei
der Verwendung von Kunststoffdeckeln 4a und 4b ergibt
sich der Vorteil, daß eine
isolierende Außenhülle entsteht,
die einen Berührungsschutz
bietet.
Die Be- und Entlüftungskanäle 9 dienen dem Druckausgleich
mit der Umgebung, wodurch eine sukzessive Druckerhöhung im
Inneren der Funkenstrecke nach mehrfachen Ansprechen, welche sowohl zum Bersten als auch zu einer unzulässigen Erhöhung der
Ansprechspannung führen
könnte,
verhindert wird.
Die Abmessungen und die Gestaltung
der Entlüftungskanäle sind
hierbei unter anderem abhängig
von der angestrebten Zeit bis zum Druckausgleich mit der Umgebung,
aber auch von der Gestaltung der Funkenstrecke und insbesondere,
ob und welche Menge zusätzliches
Gas z.B. durch die gasabgebenden Teile 3 und 5 erzeugt
wird.
Je größer die zusätzlich erzeugten Gasmengen
im Inneren der Funkenstrecken sind, desto größer müssen bei gleicher Zeitdauer
bis zum Druckausgleich die Entlüftungsöffnungen
sein.
Wird der Druckausgleich mit der Umgebung in
einem sehr kleinen Zeitraum angestrebt, bergen größere Entlüftungsöffnungen
die Gefahr des Freisetzens von noch heißen Gasen bzw. auch von ebenfalls
heißen
Abbrandprodukten der Funkenstrecke. Dies sollte jedoch durch die
erfindungsgemäße Funkenstrecke
gerade verhindert werden.
Um trotzdem die Vorteile der Hartgaserzeugung
und damit eines beschleunigten Druckaufbaus in der Funkenstrecke
bei relativ geringen Druckausgleichszeiten nutzen zu können, werden
die Entlüftungsöffnungen
nicht direkt aus dem Lichtbogenbrennraum nach außen geführt.
Die Entlüftungsöffnungen 9 beginnen
im Lichtbogenbrennraum 1 (1 und 4) in einem Bereich, der
sich außerhalb
des „Lichtbogensichtbereichs"
und des Lichtbogenlaufbereichs befindet. Hierdurch wird verhindert,
dass die Lichtbogenabbrandprodukte und das Lichtbogenplasma direkt
in den Einlaufbereich der Entlüftungsöffnungen
gelangen können.
Das heiße
Gas gelangt somit erst nach einer ersten Umlenkung in den Entlüftungskanal. Nach
dieser radialen Zuführung
in den Anschlußbereichen
der Elektroden 8 erfolgt in diesem eine weitere Umlenkung
des Gases in axiale Richtung. Eventuell vorhandene Abbrandpartikel
werden in diesem Umlenkungsbereich abgelagert. Im weiteren Verlauf der
Entlüftungsöffnung wird
das Verhältnis
zwischen Umfang bzw. Kühlfläche des
Kanals zur Querschnittsfläche
des Kanals deutlich erhöht.
In der beispielhaft dargestellten
Ausführung entsprechend 4 wird dies durch die Variation
der Gewindetoleranz realisiert. Zusätzlich wird bei dieser Ausführungsform
die Länge
des Entlüftungskanals deutlich
gegenüber
einer direkten Durchführung
erhöht
und der Gasstrahl mehrfach umgelenkt. Somit wird eine effektive
Abkühlung
und Entspannung des heißen
Gases erreicht. Dies und die zahlreichen Umlenkungen führen letztendlich
selbst bei gewünschten
geringen Druckausgleichszeiten zur Vermeidung des Austretens von
heißen
Gasen und Abbrandpartikeln aus dem Lichtbogenbrennraum 1.
Selbstverständlich sind weitere Ausführungsformen
des Entlüftungskanals
denkbar, bei denen ebenfalls eine mehrfache Umlenkung des Gases und
eine effektive Kühlung
des Gases durch eine möglichst
lange Entlüftungsstrecke
mit einem hohen Verhältnis
zwischen Kanalumfang und Kanalquerschnitt realisiert wird. Beispielsweise
sind spiralförmige
Führungen
bzw. enge weitläufige
Spalten mit und ohne Umlenkung zur Entlüftung denkbar. Ebenso können im
Anschlußbereich
spezielle Gewinde bzw. auch Gewinde mit Auslassungen (zusätzliche
Kanäle)
realisiert werden. Bei ausreichender Umlenkung im Anschlußbereich
ist auch die direkte axiale Zuführung
des Entlüftungskanals
in den Innenraum vorstellbar. Die in 4 dargestellte
Variante lässt
sich jedoch vorteilhafterweise mit einem unerheblichen Mehraufwand
und ohne zusätzliche
Teile bzw. spezielle Werkzeuge realisieren.
Die beschriebenen Kanäle kleinen
Querschnitts können
selbstverständlich
auch in gekapselten Funkenstrecken eingesetzt werden, welche andere
Elektrodenanordnungen bzw. auch Löschprinzipien nutzen. Der Einsatz
ist immer dann sinnvoll, wenn in der Funkenstrecke nach einer oder
mehreren Belastungen ein Überdruck
entstehen kann. Ein solcher Überdruck
kann neben der bewußten
Erzeugung, z.B. durch den Einsatz von Hartgas, auch durch Zersetzungsprodukte
infolge der Belastung der Funkenstrecke entstehen. Solche Zersetzungsprodukte
können
sowohl den Elektroden als auch den anderen thermisch belasteten
Materialien der Funkenstrecke, z.B. den Isolations- bzw. Wandmaterialien
oder auch aus Reaktionsprodukten bei der Belastung entstammen.