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Unterbrechungseinrichtung für elektrische Ströme mit Lichtbogenlöschung
durch ein strömendes Löschmittel Es sind Stromunterbrechervorrichtungen bekannt,
bei denen- zur Löschung des Unterbrechungslichtbogens ein strömendes, flüssiges
oder gasförmiges Löchmittel-angewendet wird, mittels dessen die Metalldämpfe und
ionisierten Gasteilchen aus der Unterbrechungsstrecke entfernt werden. Häufig sind
die Elektroden oder wenigstens, eine von ihnen als Düse ausgebildet, durgh. die
das Löschmittel der Unterbrechungsstrecke zuströmt oder durch die es nach Durchströmen
der Unterbrechungsstrecke wieder austritt.
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Der Lichtbogen kann auf verschiedene Weise gezündet werden. Bei Schaltern
werden die in metallischer Berührung befindlichen Elektroden voneinander entfernt.
Die im wesentlichen geradlinigen Schaltbewegungen erfordern große Beschleunigungskräfte,
was besonders für periodische Schaltungen von Nachteil ist. Es gibt zwar auch Schalter
mit umlaufenden Schleifkontakten. Bei diesen'ist jedoch die .düsenförmige Ausbildung
der Elektroden-besonders umständlich.
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Bei Sicherungen wird der Lichtbogen dadurch gezündet, daß ein zwischen
den Elektroden vorhandenes leitendes Verbindungsstück entfernt oder zerstört wird.
Die Notwendigkeit; dieses Verbindungsstück für jede Schaltung wieder zu ersetzen,
macht diese Art den Zündung für häufiges Schalten ebenfalls ungeeignet.
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Man hat deswegen für Gleichrichter,' die nicht von selbst, z. B. mit
Hilfe ionisierter Metalldämpfe, zünden, Hilfszündeinrichtungen angewendet, von denen
der Lichtbogen auf die Hauptelektroden übergeleitet wird, zwischen denen der Strom
übertragen und anschließend der Lichtbogen gelöscht werden soll.
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Mit der Erfindung werden nun die bei Stromunterbrechungsvorrichtungen
mit Lichtbogenlöschung durch ein die düsenförmigen Elektroden durchströmendes Löschmittel
entstehenden Zündungsschwierigkeiten überwunden, indem der Mindestabstand zwischen
den beiden Elektroden durch Drehung der Elektroden um eine gemeinsame Achse verringert
und wieder vergrößert wird. Das geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die einander
zugekehrten Stirnflächen der beiden
Elektroden zwecks Änderung der
Länge der Mindestunterbrechungsstrecke zwischen ihnen eine von einer Rotationsfläche
um die Drehachse abweichende Gestalt haben, also,.h als zur Drehachse geneigte Ebenen
oder',',' wellige Flächen mit Vorsprüngen bzw. V;elr`-` tiefurigen ausgebildet sind.
Dann ändert sich, nämlich der Minimalabstand der beiden Elektrodenflächen während
der Verdrehung. Im Augenblick der Verringerung des Abstandes findet die Zündung
durch Überschlag statt: Es ist zwar ein Gleichrichter bekannt, bei dem einer ebenen
Plattenelektrode eine umlaufende, exzentrisch angeordnete Spitzenelektrode gegenübersteht,
durch welche die Zündung von allein eintritt. Diese Anordnung hat aber verschiedene
Nachteile. Die Spitzenelektrode wird durch den Lichtbogen spezifisch sehr hoch beansprucht
und nutzt sich infolgedessen stark ab. Sie ist also für die Übertragung von Starkstrom
nicht geeignet. Da ferner die Plattenelektrode senkrecht zur Drehachse der Spitzenelektrode
steht, bleibt der Abstand zwischen Spitze und Platte während der Umdrehung stets
gleich groß. Zum Zünden und Löschen müssen daher die überschlagsbedingungen ,auf
andere Weise verändert. werden: Deshalb wird ein Gasstrom senkrecht zur Drehachse
an der Platte vorbeigeführt. Das hat aber zur Folge, daß nur ein kleiner Teil des
Löschmittels die Funkenstrecke wirklich trifft und zur Löschung beiträgt. Die übrige
Löschmittelmenge wird nutzlos vertan. Der Löschmittelverbrauch ist infolgedessen
unverhältnismäßig groß und ebenso die dadurch verursachten Leistungsverluste. Ein
weiterer Nac4-teil ist der, daß der Radius des Kreises, auf welchem die Spitze umläuft,
verhältnismäßig . groß sein muß, um einen genügend großen Unterschied ihrer relativen
Geschwindigkeit gegenüber dem Löschmittelstrom in den beiden Hälften einer Umdrehung
zu erzielen. Endlich ist der Zündzeitpunkt bei der bekannten Einrichtung nicht mit
Sicherheit bestimmbar. Er wird je nach den zufälligen Verschiedenheiten, denen eine
Gasströmung bekanntlich stets ausgesetzt ist, früher oder später liegen. Auch aus
diesem Grunde ist die bekannte Einrichtung praletisch besonders zur Übertragung
größerer Leistungen ungeeignet. ° Mit der Erfindung werden alle die beschriebenen
Nachteile vermieden. Mit einer Einrichtung von verhältnismäßig kleinen Abmessungen
können verhältnismäßig große Leistungen bei sparsamstem Löschmittelverbrauch wiederholt
bzw. periodisch geschaltet werden.
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Die Zündung kann nach der weiteren Erfindung noch mehr erleichtert
werden, indem die beiden Elektroden in einem solchen Abstand voneinander angeordnet
werden, daß sie sich in mindestens einer Stellung in min-. =,-destens einem
Punkte nahezu oder vollstäncxg berühren. ` Für Schalter ist selbstv er-=8tändlich
vollständige Berührung erforderlich. Die Berührung kann auch-in mehreren Punkten
gleichzeitig, gegebenenfalls flächenhaft erfolgen. -In letzterem Falle muß der erhabene
Teil der Stirnflächen eben gestaltet sein.
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Nach der weiteren Erfindung sind die Stirnflächen der Elektroden so
ausgebildet, daß sie im Laufe einer Umdrehung gegeneinander mindestens einer Stellung
in allen Punkten gleichen, und zwar gegebenenfalls den für die Lichtbogenlöschung
günstigsten Abstand voneinander haben, also etwa in der Art eines positiven und
eines negativen Reliefs. Dann ist die Feldstärke überall in dem ganzen Raum zwischen
den Elektroden gleich unter der Voraussetzung, daß keine Kanten oder Krümmungen
mit kleinem Radius auf den Stirnflächen vorhanden sind, und daß' die Übergangsstellen
von der Stirnfläche zum Elektrodenmantel und zur Düse gut abgerundet sind. In der
erwähnten besonderen Stellung sind auch die Bedingungen für den Durchtritt des Löschmittels
an allen Stellen der Elektrodenstirnflächen gleich, und somit ist die gute Durchspülung
der Lichtbogenstrecke unter allen Umständen gesichert. .
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Benutzt man die Unterbrechungsvorrichtung zur Periodenumformung bzw.
zum Gleich- oder Wechselrichten, so läßt man die beiden Elektroden um die gemeinsame
Achse gegeneinander mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bzw. synchron mit der Periodenzahl
des Wechselstromes umlaufen. Die Drehzahl kann auf den n-ten Teil herabgesetzt werden,
wenn nach der weiteren Erfindung eine der Elektroden oder beide aus za einander
gleichen Sektoren bestehen, so daß die gegenseitige größte Annäherung einzelner
Flächenteile während jeder Umdrehung der Elektroden gegeneinander mehrmals in gleichen
Abständen stattfindet. Zu diesen Zeitpunkten ist die Strömung des Löschmittels an
den einander genäherten Stellen am schwächsten, da die übrigen Stellen einen größeren
Durchtrittsquerschnitt bilden: " Eine unerwünschte Steigerung der Lichtbogenleistung
durch Auseinanderziehen des Lichtbogens wird also von selbst vermieden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für die Erfindung und ihre
Anwendung dargestellt. Fig. z zeigt ein Elektrodenpaar 8 und 9 mit ebenen Stirnflächen
im Schnitt. Die Elektrode 9 ist fest: Ihre an die Stirnfläche sich rückwärts anschließenden
Teile
können daher beliebige Form haben, so daß z. B. die ganze Elektrode 9 die Form eines
Rotationskörpers erhalten kann, der bekanntlich besonders leicht herstellbar ist.
Jedoch muß in diesem Falle die Achse der festen Elektrode 9 zur Drehachse io der
verdrehbaren Gegenelektrode 8 geneigt sein, wie es in Fig. i zu sehen ist. Die Gegenelektrode
8 ist als Löschdüse ausgebildet. Ihre um 18o° gedrehte Stellung ist gestrichelt
angedeutet. In dieser Stellung k®mmt die größte Annäherung der beiden Elektroden
in einem Punkte zustande.
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Fig. 2 zeigt eine als Düse ausgebildete Elektrode ii mit welliger
Stirnfläche in perspektivischer Darstellung. Die Elektrode besteht aus drei gleichen
Sektoren von je i2o°. In der Stellung gemäß Fig. i; ausgezogene Linien, ist der
Abstand der Stir-nfiächen voneinander in allen Punkten gleich. In der gleichen Stellung
ist in Fig.2 eine zweite Elektrode 12 strichpunktiert angedeutet. Die gestrichelte
Linie gibt die um 6o° (i8o°, 300°) dagegen verdrehte Stellung der Elektrode iz an,
in welcher sich die Elektroden in drei um i2o° gegeneinander versetzten Punkten
berühren. In dieser Stellung findet bei Verwendung als Strc@nrichter die Zündung
statt, worauf bei der weiteren Drehung die Stromübertragung durch denn Lichtbogen
erfolgt. Sind dagegen die Elektroden so ausgebildet, daß sie sich flächenhaft. berühren,
so geschieht .die. Stromübertragung jedesmal eine Zeit lang durch metallische Berührung,
so daß Lichtbogenverluste vermieden werden.
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Damit die Zündung und die Unterbrechung im richtigen Augenblick geschieht,
kann bei Umlauf der einen Elektrode die andere, beispielsweise. feste Elektrode,
erfindungsgemäß um ihre Achse im Winkel verstellbar angeordnet sein, so daß eine@zusätzliche
Eirstelläng möglich ist.
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Strömt das Löschmittel in der Richtung; daß es nach Durchlaufen der
Unterbrechungsstrecke durch die als Düse ausgebildete Elektrode austritt, so ist
es vorteilhaft, in an sich bekannter Weise leitende Einbauten in der Düsenöffnung
anzubringen, damit der Lichtbogen nicht in die Düse hinein verlängert wird.
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Nach der weiteren Erfindung kann das Löschmittel innerhalb der umlaufenden
Elektrode so geführt sein, daß es in radialer Richtung austritt, worauf es umgelenkt
und abgeführt wird. Durch dieses Ausschleudern werden die Metallteilchen und sonstige
Verschmutzungen, die während des Unterbrechungsvorganges in das Löschmittel gelangt
sind, wieder entfernt. Bei festen Elektroden kann eine ähnliche Wirkung erzielt
werden, wenn die Führungskanäle innerhalb der Elektrode nicht genau radial verlaufen,
sondern leitschaufelartig gekrümmt sind, so daß das Löschmittel nach seinem Austritt
aus der Elektrode in Rotation versetzt wird. Die Führungskanäle müssen im Anschluß
' an die Umlenkstelle eine Strecke weit genau wie - die Elektroden mit Abrundungen
versehen sein, weil sich an ihren Wänden Metallstaüb niederschlägt.
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Die Unterbrechungsvorrichtung nach der Erfindung kann leicht für Mehrfachunterbrechung
ausgebildet werden, indem mehrere Elektrodenpaare in axialer Richtung aneinandergereiht
und elektrisch hintereinandergeschaltet werden. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise
in Fig. 3 dargestellt. Sie besteht aus drei Elektrodenpaaren, die sich auf den Körpern
13 bis 16 befinden. 13 und 15 stehen fest,. 14. und 16 dagegen sind in Lagern 2o
drehbar gelagert und werden über Zahnkränze 17 in Umdrehung versetzt mittels einer
Welle 18 aus Isolierstoff, welche die Antriebszahnkränze i9 trägt. Der Körper 16
besitzt für die Führung und Ausschleuderung des Löschmittels radiale Ansätze 21
mit Bohrungen, die in, entsprechende Aussparungen des aus Isolierstoff bestehenden
Lagerkörpers hineinragen, der zwecks leichter Reinigungsmöglichkeit aus zwei Teilen
22 und 23 zusammengesetzt ist und Kanäle für die weitere Führung des Lösehenittels
enthält bis zum Austritt aus dem Gehäuse 2q., das die ganze Vorrichtung umgibt,
über das Zwischenstück 25 an die Rückleitung 26 zum Kompressor oder zur Pumpe, von
der aus es unter Überdruck dem Gehäuse 24 wieder zugeführt wird. Der feststehende
Körper 13 besitzt genau dieselben Einrichtungen wie der umlaufende Körper 16, nur
sind bei dem feststehenden Körper die radialen Kanäle nach Art von Leitschaufeln
gekrümmt, damit das Löschmittel in Umdrehung gerät. In den Lagerkörpern 22 sind
in den Führungskanälen an den Umlenkstellen besondere Auffangvorrichtungen 27 in
Gestalt von Gittern, Rippen o. dgl. angebracht.
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Für mehrphasige Systeme wird in jeder Phase eine besondere Unterbrechungseinrichtung
nach der Erfindung angeordnet. Die umlaufenden Elektroden müssen dabei entweder
mechanisch miteinander gekuppelt oder elektrisch synchron miteinander gesteuert
sein.