[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abbrandelement für eine Lichtbogenlöschanordnung.
[0002] Beim Löschen von Betriebsströmen durch Freiluftschaltgeräte wie beispielsweise Wechselstrom-Trennschalter
oder Gleichstrom-Trennschalter für Bahnanwendungen werden bei Kontakttrennung Schaltlichtbögen
verursacht.
[0003] Ein solcher Schaltlichtbogen wird bei Trennschaltern und/oder bei als Lasttrennschalter
ausgebildeten Trennschaltern häufig zum Schutz der Hauptkontakte nicht über die Hauptkontakte,
sondern über Lichtbogenhörner als elektrischer Bypass geführt. Durch den thermischen
Auftrieb der Lichtbogensäule wird abhängig von der Spannung über der Lichtbogensäule
ausreichend freier Platz benötigt, um keine umgebenden Komponenten zu schädigen. Deshalb
werden derartige Trennschalter in der Regel auf der Mastspitze einer Bahnstromversorgung
angeordnet.
[0004] Aus dem europäischen Patent
EP 1 105 894 B1 ist eine Schaltvorrichtung für Fahrleitungsanlagen bekannt, bei der Lichtbogenhörner
mit Abbrandelementen vorgesehen sind.
[0005] Ferner ist es im Stand der Technik bisher üblich, bei Trennschaltern die Lichtbogenhörner
aus Kupfer herzustellen und beispielsweise im relativ aufwändigen Magna-Flash-Schweißverfahren
Abbrandelemente aus einer Wolframkupferlegierung anzuschweißen. Solche Abbrandelemente
aus einer Wolframkupferlegierung werden beispielsweise bei den Trennschaltern der
Baureihe SICAT 8WL6144 der Siemens AG verwendet. Die stumpf auf die Lichtbogenhörner
angeschweißten Abbrandelemente müssen bei Erodierung des Materials im Zuge einer Wartung
ersetzt werden. Dabei werden die gesamten Lichtbogenhörner getauscht und neu ausgerichtet,
damit die vorgesehene Schaltlichtbogenlöschung sichergestellt ist.
[0006] Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Abbrandelement zur Verfügung zu stellen, das
vergleichsweise kostensparend ist.
[0007] Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Abbrandelement für eine Lichtbogenlöschanordnung,
wobei das Abbrandelement lösbar an der Lichtbogenlöschanordnung anbringbar ist.
[0008] Das erfindungsgemäße Abbrandelement ist vorteilhaft, weil es an einer Lichtbogenlöscheinrichtung
angebracht und leicht ausgetauscht werden kann, ohne dass entsprechende Lichtbogenhörner
der Lichtbogenlöschanordnung ausgetauscht werden müssen. Hierdurch sinken sowohl in
der Fertigung der Abbrandelemente als auch in der Wartung der Lichtbogenlöschanordnungen
Kosten, da nun nur die Abbrandelemente ausgetauscht werden müssen.
[0009] Ein weiterer Vorteil ist es, dass beim Austausch der Abbrandelemente keine Neujustierung
der kompletten Lichtbogenhörner erfolgen muss, was Zeit und Kosten in der Wartung
einspart. Des Weiteren wird die technische Verfügbarkeit des Fahrleitungssystems erhöht.
[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbrandelements ist das
Abbrandelement nach Art einer Steckverbindung lösbar anbringbar. Dies ist von Vorteil,
weil eine Steckverbindung technisch leicht umzusetzen und kostengünstig zu fertigen
ist.
[0011] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbrandelements
ist das Abbrandelement nach Art einer arretierbaren Steckverbindung, insbesondere
einer Klemmverbindung, lösbar anbringbar. Dies ist vorteilhaft, weil eine arretierbare
Steckverbindung ein unplanmäßiges Ablösen des Abbrandelements von der Lichtbogenlöschanordnung
verhindert. Eine Arretierung kann dabei in Form einer Klemmverbindung ausgebildet
sein.
[0012] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbrandelements
ist das Abbrandelement nach Art einer Schraubverbindung lösbar anbringbar. Eine solche
Schraubverbindung ist dadurch vorteilhaft, dass durch die Verschraubung einerseits
eine langfristig sichere Arretierung des Abbrandelements an der Lichtbogenlöschanordnung
gewährleistet wird und andererseits das Abbrandelement leicht ausgetauscht werden
kann.
[0013] In einer bevorzugten Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Abbrandelements ist die Schraubverbindung als Innengewinde ausgebildet. Dies ist vorteilhaft,
weil ein Innengewinde nach der Verschraubung keine Kontaktfläche zur Oberfläche des
Abbrandelements beziehungsweise der Lichtbogenlöschanordnung aufweist und dadurch
die elektrische Funktionsweise der Lichtbogenlöschanordnung nicht behindert. Ein weiterer
Vorteil ist es, dass das Innengewinde geringeren Witterungseinflüssen und somit geringerer
Korrosion ausgesetzt ist, was Verfügbarkeit und Wartungsaufwand verringert.
[0014] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbrandelements
ist das Abbrandelement mittels einer manschettenartigen Befestigungsvorrichtung lösbar
anbringbar. Dies ist vorteilhaft, weil in der Herstellung des Abbrandelements keine
aufwändige und damit kostenintensive Bearbeitung des Abbrandelements erfolgen muss,
um in der Benutzung des Abbrandelements eine lösbare Anbringung zu gestatten. Dies
ist nicht nötig, weil das Abbrandelement durch äußeren Druck einer manschettenartigen
Befestigungsvorrichtung anbringbar ist.
[0015] In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbrandelements
ist die Länge des Abbrandelements entsprechend einer erwarteten Ausschalthäufigkeit
der Lichtbogenlöschanordnung bemessen. Dies ist ein Vorteil, weil so abhängig von
Kunden- oder Projektanforderungen in Bezug auf die Ausschalthäufigkeit der Lichtbogenlöschanordnung
ein Abbrandelement geeigneter Länge gewählt werden kann, um beispielsweise ein vorgegebenes
Wartungsintervall auch bei starker Beanspruchung der Abbrandelemente ohne zusätzlicher
Wartung einzuhalten.
[0016] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbrandelements
ist das Abbrandelement an seinem vom Anbringungsende abgewandten Ende abgerundet.
Die Ausbildung eines abgerundeten Abbrandelements ist vorteilhaft, da hierdurch der
Verschleiß des Abbrandelements sich besonders im Endpunkt des Abbrandelements konzentriert
und eine gute Vorhersagbarkeit der Lebensdauer des Abbrandelements gewährleistet ist.
[0017] In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbrandelements
umfasst das Material des Abbrandelements einen dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff.
Die Herstellung dieses Materials erfolgt pulvermetallurgisch durch Reaktionsmalen;
bekannt sind beispielsweise CEP DISCOP Hochleistungs-Kupferwerkstoffe der Compound
Extrusion Products GmbH in Freiberg (Anwendungsbroschüre 09/09). Die Verwendung dieses
hitzebeständigen Materials ist vorteilhaft, weil es die Wartungshäufigkeit für die
Abbrandelemente verringert.
[0018] Die Verwendung von dispersionsverfestigtem Kupferwerkstoff ist weiterhin dadurch
vorteilhaft, dass sich dieser durch eine hohe Verschleißfestigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit
auszeichnet. Beispiele für einen hitzebeständigen Kupferwerkstoff sind dispersionsverfestigte
Kupferwerkstoffe, die insbesondere eine wesentlich verringerte Härte bei 20°C nach
Abkühlung nur dann aufweisen, wenn der dispersionsverfestigte Kupferwerkstoff zuvor
1 Stunde auf über 800°C erhitzt wurde. Ein solcher dispersionsverfestigter Kupferwerkstoff
mit einer besonders hohen Hitzebeständigkeit ist beispielsweise von den Legierungen
CEP DISCOP C3/11 und C3/80 der Compound Extrusion Products GmbH in Freiburg bekannt
(Anwendungsbroschüre 09/09).
[0019] Es ist ein Vorteil dispersionsverfestigter Kupferwerkstoffe, dass sie im Vergleich
zu Wolframkupfermaterialien bei vergleichbarem Leistungsverhalten vergleichsweise
kostengünstig sind, was die Herstellungskosten für ein Abbrandelement verringert.
[0020] In einer Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform weist das Abbrandelement
den dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff auf der Außenfläche auf. Dies ist vorteilhaft,
weil hierdurch die optimalen Werkstoffeigenschaften des dispersionsverfestigten Kupferwerkstoffs
in einer Lichtbogenlöschanordnung zum Tragen kommen, während für die innere Ausgestaltung
des Abbrandelements noch kostengünstigere Materialien oder Materialien mit anderweitig
vorteilhaften Eigenschaften eingesetzt werden können.
[0021] In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbrandelements
ist der dispersionsverfestigte Kupferwerkstoff für eine spanende Bearbeitung geeignet.
Dies ist ein Vorteil, weil solche dispersionsverfestigten Kupferwerkstoffe hervorragend
bearbeitbar sind und mit kurzer und gleichmäßiger Spanbildung spanend ausgeformt werden
können. Bekannte Wolframkupfermaterialien können im Vergleich dazu aufgrund ihrer
Härte nicht spanend bearbeitet werden. Die spanende Bearbeitbarkeit der dispersionsverfestigten
Kupferwerkstoffe gestattet beispielsweise im Herstellungsprozess das Ausbilden eines
Hohlraumes und ggf. eines Innengewindes, um das Abbrandelement später lösbar anbringen
zu können.
[0022] Ein anderer Aspekt der Erfindung ist eine Lichtbogenlöschanordnung mit Lichtbogenhörnern
und/oder Vorzündhörnern und/oder stromführenden Kufen, bei der die Lichtbogenhörner
und/oder Vorzündhörner und/oder stromführenden Kufen an ihrem freien Ende zur Befestigung
von erfindungsgemäßen Abbrandelementen ausgebildet sind. Lichtbogenhörner und Vorzündhörner
finden sich beispielsweise bei Trennschaltern oder Lasttrennschaltern, stromführende
Kufen sind zum Beispiel bei Streckentrennern an Bahnoberleitungen vorgesehen. Die
Abbrandelemente werden dabei durch den Befestigungsvorrichtungen der Abbrandelemente
komplementäre Befestigungselemente der Lichtbogenhörner und/oder Vorzündhörner und/oder
stromführenden Kufen befestigt. Es ergeben sich sinngemäß die gleichen Vorteile wie
eingangs für die erfindungsgemäßen Abbrandelemente beschrieben.
[0023] In einer bevorzugten Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lichtbogenlöschanordnung weisen die Lichtbogenhörner und/oder die Vorzündhörner und/oder
stromführenden Kufen als Material Kupfer auf. Dies ist vorteilhaft, weil Kupfer ein
weit verbreites und kostengünstiges Material für die Herstellung von Lichtbogenhörnern
und/oder Vorzündhörnern und/oder stromführenden Kufen ist.
[0024] Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Abbrandelements,
bei dem das Abbrandelement zur Ausbildung eines Hohlraumes spanend bearbeitet wird,
Gegenstand der Erfindung. Es ergeben sich die gleichen Vorteile wie eingangs für das
Abbrandelement beschrieben.
[0025] In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf der
Innenseite des Hohlraumes ein Gewinde durch Fräsen oder Schneiden ausgebildet. Es
ergeben sich die gleichen Vorteile wie eingangs für das Abbrandelement beschrieben.
[0026] Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren schematisch dargestellt, dabei
zeigt
- Figur 1
- eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abbrandelements und
- Figur 2
- eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtbogenlöschanordnung.
[0027] Die Figur 1 zeigt ein Abbrandelement 1, das in einer im Wesentlichen zylindrischen
Form ausgebildet ist. Das Abbrandelement 1 weist ein abgerundetes Ende 2 auf; es ist
aus einem dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff 3 gebildet und weist weiterhin einen
Hohlraum 4 mit einem Innengewinde 5 auf.
[0028] Die Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtbogenlöschanordnung 20 mit Lichtbogenhörnern
22, die an einer Schalteinrichtung zum Zu- und Abschalten oder Erden von Streckenabschnitten
bei Fahrleitungsanlagen 21 angebracht sind. Am freien Ende der Lichtbogenhörner 22
sind dabei die erfindungsgemäßen Abbrandelemente 1 aufgeschraubt.
[0029] Die Abbrandelemente können bei Verschleiß einfach abgeschraubt und ausgetauscht werden,
wodurch Zeit und Kosten eingespart werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich,
die gesamten Lichtbogenhörner 22 auszutauschen und neue Lichtbogenhörner 22 nach Anbringung
neu zu justieren, um eine optimale Lichtbogenlöschung zu gewährleisten.
1. Abbrandelement (1) für eine Lichtbogenlöschanordnung (20), wobei das Abbrandelement
(1) lösbar an der Lichtbogenlöschanordnung (20) anbringbar ist.
2. Abbrandelement (1) nach Anspruch 1, wobei das Abbrandelement (1) nach Art einer Steckverbindung
lösbar anbringbar ist.
3. Abbrandelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abbrandelement (1) nach Art einer
arretierbaren Steckverbindung, insbesondere einer Klemmverbindung, lösbar anbringbar
ist.
4. Abbrandelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Abbrandelement
(1) nach Art einer Schraubverbindung lösbar anbringbar ist.
5. Abbrandelement (1) nach Anspruch 4, bei dem die Schraubverbindung als Innengewinde
(5) ausgebildet ist.
6. Abbrandelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Abbrandelement
(1) mittels einer manschettenartigen Befestigungsvorrichtung lösbar anbringbar ist.
7. Abbrandelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Länge entsprechend
einer erwarteten Ausschalthäufigkeit der Lichtbogenlöschanordnung (20) bemessen ist.
8. Abbrandelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Abbrandelement
(1) an seinem vom Anbringungsende abgewandten Ende (2) abgerundet ist.
9. Abbrandelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Material einen
dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff (3) umfasst.
10. Abbrandelement (1) nach Anspruch 8, das den dispersionsverfestigten Kupferwerkstoff
(3) auf der Außenfläche des Abbrandelements (1) aufweist.
11. Abbrandelement (1) nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der dispersionsverfestigte Kupferwerkstoff
(3) für eine spanende Bearbeitung geeignet ist.
12. Lichtbogenlöschanordnung (20) mit Lichtbogenhörnern (22) und/oder Vorzündhörnern und/oder
stromführenden Kufen, bei der die Lichtbogenhörner (22) und/oder Vorzündhörner und/oder
stromführenden Kufen an ihrem freien Ende zur Befestigung von Abbrandelementen (1)
gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet sind.
13. Lichtbogenlöschanordnung (20) nach Anspruch 12, bei der die die Lichtbogenhörner (22)
und/oder Vorzündhörner und/oder stromführenden Kufen als Material Kupfer aufweisen.
14. Verfahren zur Herstellung eines Abbrandelements (1) nach Anspruch 11, bei dem das
Abbrandelement (1) zur Ausbildung eines Hohlraumes (4) spanend bearbeitet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem auf der Innenseite des Hohlraumes (4) ein Gewinde
durch Fräsen oder Schneiden ausgebildet wird.