DE102016115223B4

DE102016115223B4 - Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer in nichtausblasender Bauform

Info

Publication number: DE102016115223B4
Application number: DE102016115223.4A
Authority: DE
Inventors: Uwe Strangfeld; Stephan Hierl
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2036-08-18
Also published as: WO2017080806A1; CN108370131A; EP3375057B1; SI3375057T1; CN108370131B; DE102016115223A1; EP3375057A1

Abstract

Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer (3) in nicht ausblasender Bauform mit einem Isolierstoffgehäuse (4) als Stütz- und Aufnahmekörper für die Hörnerelektroden (1, 2) und die Deionkammer (3) sowie Mitteln zum Leiten der lichtbogenbedingten Gasströmung, wobei die Hörnerelektroden (1; 2) eine unsymmetrische Form, umfassend eine längere (2) und eine kürzere (1) Elektrode, aufweisen, wobei im Zündbereich (Z) beide Elektroden (1, 2) nahezu parallel oder mit geringer Divergenz verlaufen, der Lichtbogenlaufbereich zwischen den Elektroden (1, 2) in Richtung Deionkammer (3) begrenzt ist, das Gehäuse (4) Abschnitte besitzt, welche mindestens ein Deionkammerteil aufnehmen, wobei Durchbrüche oder Öffnungen vorgesehen sind, so dass die Gasströmung in die Deionkammer (3) gelangt, wobei mindestens zwei Hörnerfunkenstrecken im Gehäuse (4) befindlich sind, welche getrennt herausgeführte elektrische Anschlüsse (A1, A3) zur wahlweisen Reihen- oder Parallelschaltung der im Gehäuse (4) integrierten Hörnerfunkenstrecken aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer in nichtausblasender Bauform mit einem Isolierstoffgehäuse als Stütz- und Aufnahmekörper für die Hörnerelektroden und die Deionkammer sowie Mitteln zum Leiten der lichtbogenbedingten Gasströmung.
Aus der DE 60 2005 005 142 T2 ist eine Schaltvorrichtung mit zwei Deionkammern in einem Gehäuse vorbekannt, wobei die Elektroden paare nicht als Hörnerelektrodenpaar ausgebildet sind und eine wahlweise Beschaltung nicht möglich ist Die EP 0 793 318 A1 offenbart eine Überspannungs-Ableiteinrichtung mit zwei fest in Reihe geschaltenen Hörnerfunkenstrecken mit Deionkammern.
Außerdem ist aus der EP 1 870 977 B1 eine Vorrichtung zum Schutz gegen Überspannungen vorbekannt, die aus mehreren, in Reihe geschalteten Hörnerfunkenstrecken besteht, wobei die Hörnerfunkenstrecken im Überspannungsfall simultan ausgelöst werden.
Die DE 10 2011 102 257 A1 zeigt eine Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer nichtausblasender Bauform, die aus einem mehrteiligen Isolierstoffgehäuse besteht. Im Isolierstoffgehäuse sind die Hörnerelektroden und die Deionkammer befindlich. Weiterhin sind Mittel zum Leiten der lichtbogenbedingten Gasströmung vorhanden. Das dortige Isolierstoffgehäuse ist in der von den Hörnerelektroden aufgespannten Ebene geteilt und bildet eine erste sowie eine zweite Halbschale. Die Hörnerelektroden sind unsymmetrisch realisiert. Der Lichtbogenlaufbereich zwischen den Elektroden wird in Richtung Deionkammer durch ein plattenförmiges Isolierstoffmaterial begrenzt.
Zum Stand der Technik bezüglich der Ausbildung von Hörnerfunkenstrecken mit nachgeschalteten Deionkammern sei noch auf die EP 2 631 927 A1 , die EP 1 914 850 B2 oder die DE 44 35 968 A1 verwiesen.
Die bekannten Hörnerfunkenstrecken sind in besonderem Maße zum Ableiten hoher Blitzstoßströme, aber auch zur Begrenzung und Löschung großer Netzfolgeströme geeignet. Es ist zwar bereits gelungen, vorbekannte Hörnerfunkenstreckenanordnungen mit Deionkammern in Reiheneinbaugeräte zu integrieren, jedoch ist es problematisch, durch an sich einfache Reihen- oder Parallelschaltungen das Ableitvermögen bzw. das Folgestromlöschvermögen weiter zu verbessern. Eine denkbare Anordnung mehrerer Hörnerfunkenstrecken mit Lösch- bzw. Deionkammern in einem Reiheneinbaugehäuse erfordert auf jeden Fall einen höheren Platzbedarf und ist durch die Doppelung der einzelnen Komponenten kostenintensiv. Darüber hinaus beeinflussen sich die entstehenden Lichtbögen beim Zünden der Funkenstrecken, so dass ein gewünschtes, reproduzierbares Lösch verhalten nicht unter allen denkbaren Bedingungen gewährleitstet ist.
Aus dem Vorgenannten gilt es daher, eine weiterentwickelte, kompakte Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer in nichtausblasender Bauform anzugeben, welche zwei getrennte Funkenstreckeneinheiten aufweist, die jedoch in einem einzigen Gehäuse kompakt und quasi druckdicht als Modul zusammengefasst werden können.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Lehre gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Es wird demnach von einer Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer in bevorzugt nicht ausblasender Bauform ausgegangen, wobei die Hörnerfunkenstrecke in einem Isolierstoffgehäuse befindlich ist, welches als Stütz- und Aufnahmekörper für die Hörnerelektroden und die Deionkammer dient.
Weiterhin sind Mittel zum Leiten der lichtbogenbedingten Gasströmung vorhanden. Diese Mittel können spezielle Umlenkelemente wie z.B. Splitter, aber auch gezielte Durchbrüche und Ausnehmungen im Gehäuseinneren sein.
Die Hörnerelektroden eines Hörnerelektrodenpaares weisen eine unsymmetrische Form auf, und zwar umfassend eine längere und eine kürzere Elektrode. Im Zündbereich sind bei einer bevorzugten Ausführungsform beide Elektroden nahezu parallel und mit geringer Divergenz verlaufend ausgebildet.
Der Lichtbogenlaufbereich zwischen den Elektroden ist in Richtung Deionkammer durch entsprechende gestalterische Maßnahmen begrenzt. Das Gehäuse besitzt Ausformungen, welche ein zentrales Deionkammerteil oder zwei getrennte Deionkammerteile aufnehmen, wobei im Gehäuse Durchbrüche oder Öffnungen vorgesehen sind und die Elektroden zu dem jeweiligen Deionkammerteil führen, so dass die Gasströmung mindestens teilweise in die jeweilige Deionkammer gelangt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Gehäuse einen Sandwichaufbau besitzen und aus Halbschalen bestehen.
Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Hörnerfunkenstrecken im Gehäuse befindlich, welche getrennt herausgeführte elektrische Anschlüsse zur wahlweisen Reihen- oder Parallelschaltung der im Gehäuse integrierten Funken strecken aufweisen.
Innerhalb des Gehäuses ist gemäß einer ersten Ausführungsform eine Trennwand ausgebildet, um eine Trennung der Lichtbogenbrennräume zu erreichen und eine Gasströmung zur Lichtbogenfußpunktbewegung zu ermöglichen.
Bevorzugt sind die Hörnerfunkenstrecken in einer Ebene benachbart nebeneinander ausgebildet, wobei einer spiegelsymmetrischen Anordnung der Hörnerfunkenstrecken mit entsprechenden Hörnerelektroden der Vorzug gegeben wird.
Die Deionkammer umfasst in an sich bekannter Weise eine Vielzahl von beabstandeten Einzelblechen, die bei einer Ausführungsform eine V-förmige Einkerbung aufweisen können, deren V-Öffnung zur Hörnerfunkenstrecke gerichtet ist, um über die Wahl des Abstands der Einzelbleche und/oder einer zusätzlichen Verdämmung den Strömungswiderstand im Einlaufbereich der Deionkammer einzustellen oder vorzugeben. Dabei ist auch die Deionkammer bevorzugt spiegelsymmetrisch mit zu beiden Seiten V-förmigen Öffnungen realisiert und es ist bei der ersten Ausführungsform die Trennwand über die Symmetrieachse verlaufend angeordnet.
Die Deionkammer kann in an sich bekannter Weise Entlüftungsöffnungen aufweisen, über deren Anzahl, Größe und Formgebung der Strömungswiderstand im Einlaufbereich einstell- oder vorgebbar ist.
Alternativ oder ergänzend kann im Zündbereich eine Triggerelektrode angeordnet werden, wobei die Triggerelektrode ein leitfähiges Element umfassen kann, welches von einer Gleitstrecke umgeben ist oder benachbarte Gleitstrecken aufweist.
Die Trennwand ist also gemäß obiger Darlegung der ersten Ausführungsform zwischen zwei Rücken-an-Rücken liegenden Deionkammern anordenbar.
Ergänzend besteht die Möglichkeit, im Gehäuse ferromagnetische Mittel zur Steuerung des Lichtbogenlaufbereichs vorzusehen.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer zur Lichtbogenlöschung innerhalb des Isolierstoffgehäuses so ausgebildet, dass Maßnahmen zur Einstellung eines unterschiedlichen Verhaltens des bei einer Impulsstrombelastung entstehenden Lichtbogens einerseits sowie des netzfolgestrombedingten Lichtbogens andererseits geschaffen werden, wobei hierfür der Abstand der gegenüberliegenden Elektrodenflächen der Hörnerfunkenstrecken im Zündbereich eng gehalten ist und die Anordnung der sich gegenüberliegenden Elektrodenfläche im Zündbereich eine geringe Abstandsaufweitung in Richtung des Endes der Hörnerfunkenstrecke besitzt.
Der Abstand der sich gegenüberliegenden Elektrodenflächen im Zündbereich kann < 1,5 mm betragen und liegt vorzugweise im Bereich zwischen 0,3 mm und 0,8 mm.
Bei einer derart weitergebildeten Hörnerfunkenstrecke ist eine Gaszirkulation vorgesehen, derart, dass die durch den blitzimpulsstrombedingten Lichtbogen erzeugte Druckwelle von der Deionkammer und/oder Strömungshindernissen reflektiert wird und der Lichtbogenbewegung entgegenwirkt sowie der Gasstrom, welcher durch die Deionkammer hindurchtritt, über Umlenkmittel zumindest teilweise zum Zündbereich zurückgeleitet und zu In den Elektroden vorhandenen Strömungsöffnungen geführt wird. Hierdurch wird die Lichtbogenbewegung bei Netzfolgeströmen in Richtung Deionkammer unterstützt, wobei in diesem Sinne die Strömungsöffnungen oberhalb des Zündbereichs in Richtung Deionkammer angeordnet werden.
Die erfindungsgemäße Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer ist so ausgebildet, dass diese ein universelles Modul mit äußeren Anschlussklemmen für die Elektroden bildet, wobei das Modul in ein an sich bekanntes Steckteil oder Außengehäuse je nach Kundenwunsch integrierbar ist.
Bei einer Weiterbildung kann das Hörnerfunkenstrecken-Modul unmittelbar auf einem Verdrahtungsträger, insbesondere einer Leiterplatte angeordnet werden.
Bei der erfindungsgemäßen Hörnerfunkenstrecke können also Mittel zur gasströmungsbedingten Beeinflussung des Lichtbogens und dessen Laufverhaltens vorgesehen sein. Ergänzend oder alternativ besteht die Möglichkeit, Mittel zur magnetischen Beblasung des Lichtbogens auszubilden.
Dabei kann die Beweglichkeit des Lichtbogens unmittelbar nach dessen Zündung durch eine Kombination von Maßnahmen zur Verstärkung des lichtbogenbedingten Eigenmagnetfelds und einer gestaffelten Gaszirkulation des Ableiters erhöht werden, wobei in diesem Sinne die Elektroden im Laufbereich des Lichtbogens die vorerwähnten Ausnehmungen aufweisen, durch weiche der Gasstrom zur Unterstützung der Lichtbogenbewegung in das Innere der Lichtbogenkammer gelangt.
Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung sind im Gehäuse zwei räumlich getrennte Deionkammern vorgesehen, wobei die Öffnungsbereiche der Hörnerelektroden bzw. des jeweiligen Hörnerelektrodenpaares voneinander Wegweiser und zur jeweils zugeordneten Deionkammer führen. Auch bei dieser Ausführungsform liegt ein grundsätzlich symmetrischer Aufbau vor und es sind getrennt herausgeführte elektrische Anschlüsse zur wahlweisen Reihen- oder Parallelschaltung der im Gehäuse integrierten Hörnerfunkenstrecken vorhanden.
Bei einer beispielhaften rechteckigen Gehäuseform sind die Deionkammern an zwei Seitenwänden gegenüberliegend im Gehäuseinneren befindlich. Die Zündbereiche der Hörnerelektroden sind beidseitig einer Symmetrieachse angeordnet. Auf eine Trennwand, wie in der ersten Ausführungsform erwähnt, kann verzichtet werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Figurenliste

1 eine prinzipielle Ausbildung der Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer in nicht ausblasender Bauform, ausgebildet als Modul mit zwei symmetrisch gegenüberliegenden Hörnerfunkenstrecken und einer zentralen Deionkammer, welche eine Trennwand aufweist, um die Lichtbögen der jeweiligen Hörnerfunkenstrecken voneinander zu trennen und um eine für die notwendige Lichtbogenfußpunktbewegung erforderliche Gasrückführung bzw. Gaszirkulation zu ermöglichen, wobei mit A1 die elektrischen Anschlüsse der längeren der jeweiligen Hörnerelektrode und mit A3 der verbundene Anschluss zur kürzeren der Hörnerelektroden bezeichnet ist, und
2 eine prinzipielle Ausbildung der Hörnerfunkenstrecken mit Deionkammer in nichtausblasender Bauform gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei wiederum von einem quasi rechteckförmigen Gehäuse ausgegangen wird, jedoch zwei getrennte Deionkammern an zwei Seitenwänden gegenüberliegend im Gehäuse inneren befindlich sind und die Zündbereiche der anderen Elektroden beidseitig einer Symmetrieachse S ausgeführt werden.

Wie anhand der Darstellung nach 1 nachvollziehbar, besteht die Möglichkeit, die kürzere der Hörnerelektroden 1 als einfaches, durchgehendes, gemeinsames Metallstück in klassischer Stanz-Biege-Technik zu realisieren. Ebenso können die längeren, Einzelelektroden 2 in einfacher Weise gefertigt und in das Isolierstoffgehäuse 4 eingesetzt werden.
Entsprechende, die Deionkammer 3 bildende Einzelbleche werden in bekannter Weise im Isolierstoffgehäuse 4 eingesetzt, wobei nicht gezeigte Öffnungen oder Durchbrüche im Gehäuseinneren zum Erhalt einer gezielten Gasströmung vorgesehen sind und diesbezüglich weitere Einsatzteile wie z.B. Splitter, Umlenkmittel oder dergleichen je nach Auslegung der Hörnerfunkenstrecke angeordnet werden können.
Es besteht also die Möglichkeit, ein einziges Grundmodul, umfassend die entsprechenden Hörnerelektrodenpaare nebst Deionkammer 3 durch das Vorsehen und Einsetzen weiterer Teile zur Führung und Lenkung des Lichtbogens anwendungsseitig zu optimieren bzw. kundenwunschspezifisch herzustellen.
Es besteht die Möglichkeit der Integration des Hörnerfunkenstrecken-Moduls sowohl wie in der 1 als auch in der 2 dargestellt ist in ein klassisches Reiheneinbaugehäuse.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 wird wiederum von einer symmetrischen Konstruktion unter Ausbildung von zwei Hörnerfunkenstrecken in einem gemeinsamen Isolierstoffgehäuse 4 ausgegangen.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform nach 1 ist jedoch keine zentrale, durch eine Trennwand K unterteilte, Deionkammer 3 vorhanden. Vielmehr liegen zwei getrennte Deionkammern 3 vor, die sich im gezeigten Beispiel im Inneren des Isolierstoffgehäuses 4 an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden des Isolierstoffgehäuses 4 befinden.
Die Öffnungsbereiche der Hörnerelektroden 1, 2 führen zur jeweiligen zugeordneten Deionkammer 3.
Die Zündbereiche Z sind eng benachbart zu einer Symmetrieachse S in einem zentralen Bereich angeordnet und liegen nicht, wie bei der 1 dargestellt, entfernt von der Symmetrieachse S in den Gehäuserandbereichen.
Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Ausführungsform gemäß den 1 und 2 besteht die Möglichkeit, Bauteile 5 zur Triggerung in unmittelbarer Nähe einer entsprechenden Trägerelektrode, die in den Zündbereich Z führt, innerhalb des Isolierstoffgehäuses 4 anzuordnen.
In der 2 sind die Anschlüsse der längeren Elektroden der jeweiligen Hörnerfunkenstrecke mit A1 und die je in der kürzeren Elektroden mit A3 bezeichnet.
Beiden Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die Elektroden 1; 2 der jeweiligen Hörnerelektrodenanordnung in einfacher Weise aus Stanz-Biegeteilen bestehen können und gleichzeitig über angeformte Anschlüsse A1; A3 verfügen, was die Herstellungskosten eines diesbezüglichen Überspannungsableiters senkt.

Claims

Hörnerfunkenstrecke mit Deionkammer (3) in nicht ausblasender Bauform mit einem Isolierstoffgehäuse (4) als Stütz- und Aufnahmekörper für die Hörnerelektroden (1, 2) und die Deionkammer (3) sowie Mitteln zum Leiten der lichtbogenbedingten Gasströmung, wobei die Hörnerelektroden (1; 2) eine unsymmetrische Form, umfassend eine längere (2) und eine kürzere (1) Elektrode, aufweisen, wobei im Zündbereich (Z) beide Elektroden (1, 2) nahezu parallel oder mit geringer Divergenz verlaufen, der Lichtbogenlaufbereich zwischen den Elektroden (1, 2) in Richtung Deionkammer (3) begrenzt ist, das Gehäuse (4) Abschnitte besitzt, welche mindestens ein Deionkammerteil aufnehmen, wobei Durchbrüche oder Öffnungen vorgesehen sind, so dass die Gasströmung in die Deionkammer (3) gelangt, wobei mindestens zwei Hörnerfunkenstrecken im Gehäuse (4) befindlich sind, welche getrennt herausgeführte elektrische Anschlüsse (A1, A3) zur wahlweisen Reihen- oder Parallelschaltung der im Gehäuse (4) integrierten Hörnerfunkenstrecken aufweisen.
Hörnerfunkenstrecke nach Anspruch 1, wobei innerhalb des Gehäuses (4) eine Trennwand (K) ausgebildet ist, um eine Trennung der Lichtbogenbrennräume zu erreichen und eine Gasströmung zur Lichtbogenfußpunktbewegung zu ermöglichen, wobei die Trennwand (K) zwischen zwei Rücken-an-Rücken liegenden Deionkammern (3) angeordnet ist.
Hörnerfunkenstrecke nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Gehäuse (4) ferromagnetische Mittel zur Steuerung des Lichtbogenlaufbereichs vorgesehen sind.
Hörnerfunkenstrecke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei diese als universelles Modul mit äußeren Anschlüssen für die Elektroden (1; 2) gebildet ist, welches in ein Steckteil oder ein Außengehäuse je nach Kundenwunsch integrierbar ist.
Hörnerfunkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei diese unmittelbar auf einem Verdrahtungsträger, insbesondere einer Leiterplatte anordenbar ist.
Hörnerfunkenstrecke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei diese Mittel zur Einstellung eines unterschiedlichen Verhaltens des bei einer Impulsstrombelastung entstehenden Lichtbogens einerseits sowie des netzfolgestrombedingten Lichtbogens andererseits aufweist, wobei hierfür der Abstand der gegenüberliegenden Elektrodenflächen der Hörnerfunkenstrecke im Zündbereich (Z) eng gehalten ist und die Anordnung der sich gegenüberliegenden Elektrodenflächen im Zündbereich (Z) eine geringe Abstandsaufweitung Richtung des Endes der Hörnerfunkenstrecke hin zur Deionkammer (3) besitzt.
Hörnerfunkenstrecke nach Anspruch 6, wobei eine Gaszirkulation derart vorgesehen ist, dass die durch den blitzimpulsstrombedingten Lichtbogen erzeugte Druckwelle von der Deionkammer (3) und/oder Strömungshindernissen reflektiert wird und der Lichtbogenbewegung entgegenwirkt sowie der Gasstrom, welcher durch die Deionkammer (3) hindurchtritt, über Umlenkmittel mindestens teilweise zum Zündbereich (Z) zurückgeleitet und zu in den Elektroden (1; 2) vorhandenen Strömungs-Öffnungen geführt wird, um die Lichtbogenbewegung bei Netzfolgeströmen in Richtung Deionkammer (3) zu unterstützen, wobei diesbezüglich die Strömungsöffnungen oberhalb des Zündbereichs (Z) in Richtung Deionkammer (3) befindlich sind.
Hörnerfunkenstrecke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zwei Hörnerfunkenstrecken mit ihren Elektroden (1; 2) spiegelsymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse (S) im Gehäuse (4) angeordnet sind.