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Verfahren und Vorrichtung zum Schalten elektrischer Starkströme.
Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren und eine Vorrichtung'zum Schalten elektrischer Ströme unter Verwendung von Elektrolyten. Das Neue und Wesentliche des vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass die Metalldampfbildung beim Abschaltprozess vermieden wird, weil sie zu oszillatorischen Schwingungen führt, durch die an der Unterbrechungsstelle eine sehr wesent-
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stehen bleibt. Besonders gefährlich wirkt eine erhöhte Selbstinduktion. Die Metalldampfbildung beim Abschalten wird nun dadurch völlig vermieden, dass die Elektroden ohne metallischen Kontakt in einen gutleitenden Elektrolyten, bestehend aus den aktiven Säuren und Basen, wie beispielsweise K 0 H-Lauge von annähernd 28-30% eintauchen und alsdann die Elektrolytstrecke zwischen den Elektroden unterbrochen wird.
Die Unterbrechung der Elektrolytstrecke kann entweder dadurch erfolgen, dass man eine der Elektroden aus dem Elektrolyten herauszieht oder die Elektrolytstrecke zwischen den feststehenden
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strecke auftritt, sei es nun, dass die eine Elektrode beim Herausziehen aus dem Elektrolyten eine wasserhosenähnliche Einschnürung der hochgerissenen Flüssigkeitssäule bewirkt, sei es, dass die Elektrolytstrecke durch Zwischenschalten einer Isolierwand od. dgl. abgedrosselt wird. Infolge der Einschnürung der leitenden Elektrolytstrecke nimmt die Leitfähigkeit der Elektrolytstrecke sehr schnell ab, so dass auch bei noch so starken Kurzschlüssen nur noch ein unverhältnismässig kleiner Strom im Augenblicke der Unterbrechung besteht.
Man hat bereits zum Schalten elektrischer Ströme, insbesondere zum Anlassen von Motoren, die Verwendung von Sodalösung, Zinkchloridlösung vorgeschlagen, desgleichen auch bei Ölsehaltern die Verwendung einer angesäuerten Wasserstrecke unterhalb der Ölschicht. In allen diesen Fällen handelt es sich um sehlechtleitende Elektrolyten.
Ebenso hat man auch bei Unterbrechen und Polarisationszellen die Verwendung von verdünnter Schwefelsäure schon vorgeschlagen. Aber bei diesen Unterbrechern wird die. Stromunterbrechun6 durch Bildung einer Gasblase bewirkt und nach Entfernung der Gasblase selbsttätig der Strom wieder geschlossen. Bei der vorliegenden Erfindung dagegen wird der Starkstrom endgültig durch eine Relativbewegung zwischen Elektroden und Elektrolyten unterbrochen.
Bei der vorliegenden Erfindung werden gutleitende Elektrolyte verwandt. Hiezu gehören vor allem die aktiven Säuren und Basen. Die Verwendung sehleehtleitender Elektrolyten zur Stromabbremsung nach Art der Anlasswiderstände wäre vielleicht naheliegend gewesen, um den Widerstand möglichst schnell mit der Elektrodenentferhung anwachsen zu lassen. Es hat sich aber gezeigt, dass im Gegensatz zu der bekannten Verwendung sehleehtleitender Elektrolyten die Schaltleistung bei bestimmten Elektrolytvolumen in starkem Masse mit der guten Leitfähigkeit des Elektrolyten anwächst. Dieser Umstand findet seine theoretische Begründung in der Tatsache, dass der Stromfluss zwischen den Elektroden durch zwei verschiedene Komponenten vermittelt werden kann.
Die eine Komponente stellen die im Elektrolyten vorhandenen Ionen dar, die andere Komponente besteht in einer Liehtbogenbildung zwischen den Elektroden. Der Stromtran, port durch Lid tbogenbildung wird um so mehr angeregt, je weniger der Elektrolyt mit seiner spezifischen Ionenkonzentration hiezu allein ausreicht. Der Strom wählt sich das Mittel des geringeren Widerstandes.
Je geringer die Ionenkonzentration des Elektrolyten und je grösser die Strombelastung ist, desto schneller wird der Zustand eintreten, dass der Stromfluss durch den Lichtbogen einen kleineren Widerstand findet als der Stromfluss durch Vermittlung der Elektrolytionen.
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Aus dieser Betrachtung ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Verwendung gutleitender Elektrolyte die Voraussetzung zur funkenlosen Schaltung grosser Leistungen ist.
Auf diese Weise ist es möglich, ausserordentlich starke Ströme von vielen tausend Ampere völlig funkenlos ohne die geringste Lichterscheinung abzuschalten. Infolge der Vermeidung der Metalldampf-
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leistung geht bei rein induktiver Belastung nicht merklich herab. Bei vielen aufeinanderfolgenden Kurzschlüssen tritt bei dem Erfindungsgegenstand keine Ionisation der Abschaltstrecke ein. Ebensowenig bedarf der vorliegende Schalter eines freien Lichtbogenraumes. Er kann vielmehr überall untergebracht werden. Dazu kommt, dass der Schalter bei noch so hohen Normalleistungen ganz unverhältnismässig kleine Dimensionen besitzt, ausserordentlich betriebssicher, äusserst einfach und infolgedessen sehr preiswert ist.
Das Verfahren wird in der Weise ausgeübt, dass man in bekannter Weise parallel zu einem gewöhn- lichen Metallschalter den vorliegenden Elektrolytschalter anordnet, wobei die Elektroden ohne metallischen
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da der Widerstand der Elektrolytstrecke ausserordentlich gering ist. Sodann kann man die Abschaltung dadurch bewirken, dass man die Elektrolytstrecke zwischen den E'ektroden unterbricht, sei es durch Herausziehen einer der Elektroden oder durch Abdrossehl11g der Elektrolytstrecke.
Das Herausziehen der einen Elektrode aus dem Eek1rolyten hat den Vorteil der zwangläufigen Fithrung. Dagegen hat das Verfahren, den Elektrolyten zwischen feststehenden Elektroden zu entfernen, den Vorteil, dass die Masse des Elektrolyten geringer ist und infolge der geringeren Massenbeschleunigung der Schaltprozess schneller ausgeführt werden kann. Von besonderem Vorteil hiebei ist es, die Elektrolytstrecke abzudrosseln, weil in dem Falle die Massenbeschleunigung ein Minimum ist und die Abdrosselung der Elektrolytstrecke auf nur sehr geringe Strecken am schnellsten auszuführen ist. Von besonderem Vorteil in dieser Beziehung ist es, den Strom über einem Isolierwiderstand zum Abreissen zu bringen, insbesondere, wenn man denElektrolytspiegel senkt, bis eine zwischengeschaltete Isolierwand heraustritt.
Ebenso ist es auch möglich, Widerstandskörper in die Elektrolytstrecke einzubauen, durch die der Widerstand sprunghaft erhöht wird, so dass im Augenblicke des Abschaltens nur minimale Ströme bei noch so grossen anfänglichen Kurzschlussströmen bewältigt zu werden brauchen. Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher zwischen die Elektroden Abdeckgloeken eingesenkt werden, welche nicht nur als Isolierwand wirken, sondern gleichzeitig auch den Elektrolyten entfernen, so dass auf diese Weise eine doppelte Sicherung gegen Stromübergang erzielt wird.
Auf den anliegenden Zeichnungen sind einige AusfÜhrungsformen der Erfindung dargestellt : Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, bei der die Elektroden aus Platten bestehen ; in Fig. 2 sind die Elektroden ringförmig ausgebildet ; Fig. 3 zeigt die Anordnung der Fig. 2 mit hochgehobenen Elektroden, Fig. 4 zeigt einen Schalter mit feststehenden Elektroden und einen Abzug für den Elektrolyten. Fig. 5 ist eine verbesserte Ausführungsform mit feststehenden Elektroden und abfliessende Elektrolyten ; Fig. 6 zeigt eine Anordnung mit Drosselvorrichtung für die Elektrolytstrecke, Fig. 7 ist eine veränderte Ausführungform der Fig. 6 mit Drosselwirkung und Entfernung des Elektrolyten mittels Druckluft.
In Fig. 1 bedeutet a ein beliebiges Isolationsgefäss, an dessen Boden eine feststehende Elektrode b und ihr gegenüber eine bewegliche Elektrode e angeordnet ist. Vorteilhaft werden die Elektroden b und c in Platten b', b'bzw. in Platten c', c'unterteilt. Das Isoliergefäss a ist bis zum Flüssigkeitsspiegel f ! mit einem gutleitenden Elektrolyten angefüllt. Die Schaltung erfolgt in der Weise, dass die bewegliche Elektrode c mit ihren Elektrodenplatten c'aus dem Elektrolyten herausgezogen wird.
Um den Widerstand zwischen V und c'im Augenblick des Abschaltens zu erhöhen, werden vorteilhaft Isolierstücke e-e oberhalb der Elektrodenplatten V und zwischen die Elektrodenplatten c'angeordnet, um bestimmt abgegrenzte leitende Elektrolytstrecken zwischen den Isolierplatten e zu bilden.
In Fig. 2 ist beispielsweise eine veränderte Anordnung mit einer ringförmigen, feststehenden Elek-
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zwei Isolierringe e-e'angeordnet, die vorteilhaft über die Ränder der feststehenden Elektrodenringe b' greifen und diese überdecken. Ebenso empfiehlt es sich, zur Vermeidung von Wehnelt-Effekten den unteren Rand der Elektroden mit einem Wulst zu versehen.
Fig. 3 zeigt den Ring c'im Augenblick des Verlassens des Elektrolyten d.
In Fig. 4 ist eine Anordnung dargestellt, bei welcher die Elektroden bund c innerhalb eines Gefässes a feststehen. Die Schaltung erfolgt durch die Entfernung des Elektrolyten d durch eine Abflussöffnung 1'. Zur Beschleunigung des Abflusses kann entweder bei offenem Gefäss ein Unterdruck an der Öffnung f oder bei geschlossenem Gefäss ein Überdruck benutzt werden, der beispielsweise durch ein Ventil g gesteuert wird. Um den inneren Widerstand der Elektrolytstrecke im Augenblick des Abreissens zu vergrössern, kann ein Einsatzstüek h benutzt werden (Fig. 2). Ist der Flüssigkeitsspiegel bis zum Aussenrand des
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gelangen.
In Fig. 6 ist zwischen den Elektroden b und e ein Isolierrohr k angeordnet, welches im Augenblick des abschalten bis auf den Boden des Gefässes a herabgelassen wird, so dass die Elektroltystrecke zwischen b und c durch dieses Rohr k abgedrosselt wird. Jetzt erst erfolgt die Stromunterbrechung entweder durch Ablassen des Elektrolyten d oder durch Entfernung einer der Elektroden b oder c aus dem Elektrolyten.
Vorteilhaft kann die Anordnung nach Fig. 6 in der Weise geändert werden, dass das Isolierrohr k
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Vorteilhaft wird ein Bodenstück. ! mit einer Ringnut l'in das Gefäss a eingesetzt, in dessen Ringnut der untere Rand der Haube k eindringt und damit auch einen mechanischen Abschluss zwischen den Elektroden bund e bewirkt.
Bei der vorliegenden Anordnung findet also das Abschalten auf eine kombinierte Weise statt, einmal durch Abdrosseln und Zwischenschieben einer Isolierwand, gleichzeitig aber auch durch Herabdrücken des Flüssigkeitsspiegels, bis die innere Elektrode c nicht mehr von den Elektrolyten berührt wird.
Der grundlegende Erfindungsgedanke kann in den weitesten Grenzen geändert werden, ohne dass die Erfindung dadurch irgendwie berührt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfabren zum Abschalten elektrischer Starkströme mittels Elektrolyten, bei welchem der Stromkreis durch Relativbewegung zwischen Elektroden und Elektrolyten geöffnet wird, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Metalldampfbildung durch Verwendung von gutleitenden Elektrolyten mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 30 ss/cm unter Fortfall jeglichen metallischen Kontaktes zwischen den Elektroden vermieden wird.