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Elektrischer Sehalter.
Elektrische Schalter, bei welchen der Unterbrechungslichtbogen durch einen Gas-oder Flüssigkeits- strom gelöscht wird, insbesondere aber solche, bei denen dieser Strom vom Lichtbogen selbst erzeugt wird, sind bekannt. Der löschende Flüssigkeitsstrom wird dort entweder durch einen Hilfslichtbogen erzeugt oder durch eine Pumpe, die vom Schaltmechanismus angetrieben wird.
Die Verwendung eines Hilfsliehtbogens für diesen Zweck führt zu ziemlich komplizierten Schalterkonstruktionen und ist auch mit andern Nachteilen verbunden, die sich besonders beim Schliessen des Schalters geltend machen.
Wenn der Flüssigkeitsstrom von einem vom Schaltmechanismus angetriebenen Kolben erzeugt wird, muss der Schaltmechanismus bei jeder Unterbrechung die gleiche Flüssigkeitsströmung hervorrufen,
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erforderliche Flüssigkeitsströmung ganz bedeutend ist, wird der Schaltmechanismus bei jeder Unterbrechung erheblich belastet und muss deshalb sehr kräftig bemessen werden.
Es sind auch andere Unterbrecher bekannt, bei welchen der Flüssigkeitsstrom vom Unterbrechunglichtbogen selbst hervorgerufen wird, doch wirkt dort der vom Lichtbogen erzeugte Dampfdruck unmittelbar auf das den Lichtbogen löschende Medium und erzeugt einen den Lichtbogenpfad überquerenden Flüssigkeitsstrahl an einer von der ersten Unterbrechungsstelle ziemlich weit entfernten Stelle. Der Lichtbogen erhält so, ehe die Löschwirkung eintritt, eine ziemlich grosse Länge, so dass er eine bedeutende Energiemenge verbraucht.
Da das flüssige Löschmittel durch den bei der Stromunterbrechung gebildeten Lichtbogen verdampft wird und der durch die Wärmewirkung des Lichtbogens erzeugte Dampfüberdruck-bzw. der Gasüberdruck, wenn ein gasförmiges Löschmittel verwendet wird-aber um so kräftiger auf jene Kolbenfläche wirkt, die das Löschmittel in Bewegung setzt, je stärker der Lichtbogen ist, so passt sich die Antriebskraft und damit die Stärke der Löschmittelströmung der Stärke des zu unterbrechenden Stromes selbsttätig an.
Nach der Erfindung sind die Kontakte des Schalters in einer Kammer eingeschlossen, die mit einer andern Kammer durch einen oder mehrere Kanäle in Verbindung steht, von welchen wenigstens einer vom Lichtbogen passiert wird.
Der Rauminhalt dieser Kammern kann dadurch verändert werden, dass einige ihrer Wände beweglich und so miteinander verbunden sind, dass eine Vergrösserung des Volumens der einen Kammer eine Verminderung des Rauminhaltes der andern Kammer herbeiführt. Die Kammern sind zweckmässig zylindrisch ausgebildet, wobei die beweglichen Wände als Kolben dienen oder den Zylindermantel bilden. Die effektiven Zylinderdurchmesser können entweder gleich oder verschieden sein, und wenn im folgenden von dem grösseren oder kleineren Zylinder gesprochen wird, ist damit der Zylinder mit dem grösseren oder kleineren Durchmesser gemeint.
Wenn durch die Einwirkung des Lichtbogens im Zylinder ein Druck entsteht, wird dieser auf den grösseren Kolben eine grössere Kraft ausüben als auf den kleineren, so dass eine resultierende Kraft auf die beiden Kolben wirkt, die sie in der Richtung der grösseren Kraft bewegt. Dadurch wird das Volumen des kleineren Zylinders verkleinert und die darin befindliche Flüssigkeit durch die die beiden Zylinder verbindenden Kanäle aus dem kleineren Zylinder gedrückt.
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Die Anordnung kann auch so ausgeführt werden, dass der vom Lichtbogen erzeugte Druck auf die eine Seite eines einfachen Kolbens wirkt, auf dessen anderer Seite ein gleichmässiger Druck, z. B. der Atmosphärendruck, herrscht. Hiebei drückt der Kolben auf eine Kammer, deren Volumen derart ver- kleinert wird.
Sobald der Unterbrechungslichtbogen entsteht, wird ein Teil der Loschflüssigkeit vergast, oder wenn ein gasförmiges Löschmittel benutzt wird, wird dieses stark erwärmt und erfährt dadurch eine bedeutende Volumsvergrösserung. Durch den hiebei entstehenden bedeutenden Druck werden die beweglichen Teile der Zylinder stark beschleunigt und erzeugen durch die von ihnen bewirkten Volumsänderungen der Zylinder einen kräftigen Flüssigkeitsstrom durch den vom Lichtbogen passierten Kanal oder einen den Lichtbogenpfad überquerenden Flüssigkeitsstrom. Die innige Berührung des Lösungsmittels mit dem Lichtbogen bewirkt somit, dass dieser nach einer oder zwei Halbperioden ausgelöscht wird.
Obwohl grundsätzlich gleichgültig, ist es doch vorteilhaft, den Lichtbogen im kleineren und nicht im grösseren Zylinder entstehen zu lassen, da sich gezeigt hat, dass der bewegliche Kontakt weniger angegriffen wird, wenn das Lösehmittel entgegen der Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktes strömt.
Die Wirksamkeit der Anordnung geht aus dem Folgenden hervor : Wenn angenommen wird, dass die vom Lichtbogen vergaste und teilweise dissoziierte Flüssigkeitsmenge das 100fache Volumen der nicht vergasten Flüssigkeit aufweist und dass der bewegliche Wandteil des grösseren Zylinders viermal so gross ist wie jener des anderen, dann wird der die Zylinder verbindende Kanal für jeden Kubikzentimeter vergaster Flüssigkeit von y (100-1) = 132 cm3 des Gas-Flüssigkeitsgemisches durchströmt, da sich der Volumszuwachs auf beide Zylinder verteilt, von denen zwar dereine eine Vergrösserung, der andere aber gleichzeitig eine Verminderung seines Rauminhaltes um ein Viertel des Raumzuwachses des grösseren Zylinders erfährt.
Wenn weiter angenommen wird, dass die ganze entwickelte Gasmenge den Kanal durchströmt, dann müssen den Kanal gleichzeitig noch weitere 33 cm3 Flüssigkeit durchfliessen, da das Gasvolumen mit 100-1 = 99 cm3 angenommen worden ist. In Wirklichkeit gelangt zwar ein Teil des Gases und der Flüssigkeit auch auf anderem Wege vom einen Zylinder in den andern, nichtsdestoweniger aber wird der Kanal während des Unterbreehungsvorganges von einer beträchtlichen Flüssigkeitsmenge durchflossen.
In den Zeichnungen sind verschiedene beispilsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt einen Ölschalter nach der Erfindung, u. zw. ist in dieser Fig. 1 ein Ölbehälter mit einem Deckel 2. Die an dem Deckel 2 befestigten Durchführungsisolatoren 3 tragen feststehende Kontakte 8 sowie eine die Kontakte umgebende Druckkammer 4. Eine Isolierstange 5 trägt die Brücke 7 mit den beweglichen Kontakten 6. Wie die die Druck- odér Löschkammr 4 in grösserem Massstabe darstellende Fig. 2 zeigt, ist der vom Isolator 3 getragene, feststehende Kontakt 8 mit Kontaktblöcken 9 versehen, die, einen federnden Hülsenkontakt bildend, von Blattfedern 10 getragen und durch ringförmige Schraubenfedern 11 zusammengepresst werden. Der Kontakt 8 ist von einer Metallhülse 12 umgeben, an der mittels
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Papier, trägt.
Der Zylinder 13 ist mit einem Deckel 14 und einem Boden 15 versehen, die durch Bolzen 17 in geeignetem Abstand gehalten und mit Löchern 18 bzw. 19 für den Durchschnitt des beweglichen Kontaktes 6 versehen sind. Das Loch 18 im Deckel 14 hat ungefähr den gleichen Durchmesser wie der bewegliche Kontakt 6. Unmittelbar unter dem Boden 15 ist ein weiterer Boden 20 angeordnet, der seitlich frei beweglich und mit einem dem beweglichen Kontakt gut angeassten, nach aussen konisch erweiterten Loch 21 versehen ist. Infolge der beweglichen Anordnung des Bodens 20 kann das Loch 21 den Kontakt 6 genau umschliessen, auch wenn der bewegliche Kontakt 6 sich nicht gerade zentrisch zum Zylinder 1, 3 bewegt. Die konische Erweiterung des Loches 21 gewährleistet den sicheren Eintritt des beweglichen Kontaktes 6 in die Öffnung 21. Der Zylinder 13 ist von einem.
Metallzylinder 22 umgeben, der oben mit einem Metallring 2. 3 versehen ist und unten mit einem einwärts umgebogenen Bord 24, dessen Rand genau um den Zylinder 13 passt. Der Ring 23 passt genau um die Metallhülse 12 und weist an seiner Innenseite eine Ausdrehung 25 auf, die mit dem Inneren der Kammer durch Bohrungen 29 in Verbindung steht und mit dem Raum ausserhalb des Zylinders durch eine Öffnung 30. Die Bohrungen 29 sind für gewöhnlich durch mittels Federn 27 gegen sie gepresste Ventile 28 verschlossen.
Wenn sich nun der bewegliche Kontakt 6 von den Kontaktblöcken 9 fortbewegt, dann entsteht zwischen den Kontakten 6 und 9 ein Lichtbogen, der zunächst die Flüssigkeit in dem über dem Deckel 14 befindlichen Raume 32 verdampft und dann, wenn er in den unteren Raum 38 gezogen wird, auch die dort befindliche Flüssigkeit. Der dadurch entwickelte Druck wirkt auf die untere Seite des Ringes 2. 3 mit einer aufwärts gerichteten, auf den umgebogenen Bord 24 des Zylinders 22 aber mit einer abwärts gerichteten Kraft. Die erstere Kraft ist viel grösser als die andere, so dass der Zylinder 22 durch die, resultierende Kraft eine aufwärts gerichtete Bewegung erfährt, bei der der Raum zwischen den Zylindern 22 und 13 verkleinert, der obere Raum 32 aber vergrössert wird.
Dadurch wird das Löschmittel zuerst aus dem erstgenannten Raume durch die Öffnungen 31 in den unteren Raum 3, dann aus diesem durch den Kanal 18 in den Raum 32 gepresst. Nachdem der Lichtbogen gelöscht ist, wird der Zylinder 22 von der Feder 34 wieder in seine Ausgangsstellung zurückgeführt.
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zu vermeiden. Um ferner das Entweichen der Gase nach dem Löschen zu erleichtern, ist der Ring 16 mit kleineh Löchern 35 versehen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht der feste Kontakt 42 mit dem Zylinder 36 aus einem
Stück. Dieser Zylinder ist aus Metall hergestellt und wird von dem Isolator. 3 getragen. Im Zylinder 36 befindet sich ein Kolben 37, der durch Stangen dz die durch den Zylinderboden reichen, mit einem andern
Kolben 39 verbunden ist, der in einem weiteren Zylinder 40 beweglich ist. Der Zylinder 40 besteht aus
Isoliermaterial und weist einen beträchtlich kleineren Durchmesser auf als der Zylinder 36. Wenn sich nun der bewegliche Kontakt 41 vom feststehenden Kontakt 42 entfernt, so entsteht ein Lichtbogen zwischen diesen beiden Kontakten, und, da beide Kammern oder Zylinder mit einem, den Lichtbogen löschenden Medium gefüllt sind, wird dieses verdampft und erzeugt einen aufwärts wirkenden Druck auf den Kolben 37 und einen abwärts wirkenden auf den Kolben 39.
Da die beiden Kolbenflächen verschieden gross sind, wirkt die resultierende Kraft nach oben, so dass beide Kolben aufwärts bewegt werden. Bei dieser Bewegung wird die Löschflüssigkeit aus dem kleineren Zylinder durch das Loch 43 ausgepresst und dabei in innige Berührung mit dem Lichtbogen gebracht. Nach dem Erlöschen des Lichtbogens werden die Kolben durch die Wirkung der Feder 44 in ihre ursprüngliche Stellung zurückgeführt.
Fig. 4 veranschaulicht eine Abänderung der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform, bei der die Zylinder 36 und 40 durch eine aus Isoliermaterial hergestellte Wand 45 getrennt sind. Der feststehende
Kontakt ist hiebei, um eine federnde Berührung sicherzustellen, elastisch mit den leitenden Teilen der
Kammer 36 verbunden. Die Wand 45 ist mit einem Loch versehen, durch das der bewegliche Kontakt hindurchgehen kann.
Bei den Ausführungsformen nach Fig. 5 und 6 sind die Mantelteile der Zylinder gegeneinander beweglich. Der obere Zylinder 36 ist vorzugsweise aus Metall, der untere 40 aus Isoliermaterial hergestellt.
Bei beiden Ausführungsformen ist der bewegliche Kontakt elastisch angeordnet und sind die Zylinder durch eine Wand 45 getrennt. Diese Wand ist durch Bolzen 46 getragen, welche von Schraubenfedern 47 umgeben sind, die auf den oberen Kolben wirken. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der durch eine Öffnung 48 der Wand 45 reichende, feststehende Kontakt mit einem Kanal 49 und Öffnungen 50 versehen. Der untere Zylinder ist mit dem oberen Kolben fest verbunden, so dass, wenn ein Druck in den Zylindern entsteht, der untere Zylinder aufwärts bewegt wird und die in demselben enthaltene Flüssigkeit durch den Kanal 49 und Öffnungen 50 bzw. durch das in der Wand 45 vorgesehene Loch 51 in den oberen Zylinder gepresst wird.
In den Fig. 7,8 und 9 sind Ausführungsformen gezeigt, bei welchen die Wand 45 durch mehrere Wände oder Scheiben 52 ersetzt ist, die in an sich bekannter Weise mit je einem mittleren Loch versehen sind. Die übereinander angeordneten Löcher der Scheiben 52 bilden so einen Kanal für den beweglichen Kontakt. Nach den Fig. 7 und 8 sind diese Scheiben in kleinem Abstand voneinander angeordnet und gemäss Fig. 8 überdies mit seitlichen Löchern 53 versehen, die eine Strömung der Löschflüssigkeit quer durch den Lichtbogenpfad bewirken. Fig. 9 zeigt einen in zur Schnittebene der Fig. 8 senkrechter Ebene geführten Schnitt dieser Anordnung.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 ist der obere Kontakt 54 an einem in dem Zylinder 56 beweglichen Metallkolben 55 befestigt. Der Zylinder 56 ist an dem Isolator 57 befestigt, und der obere Kontakt mit dem Zylinder 56 durch einen biegsamen Leiter 58 verbunden. Eine Feder 59 dient dazu, den Kolben 55 in seiner tiefsten Stellung zu halten. Der Kolben 55 ist mit einem Flansch 62 versehen und trägt einen Zylinder 60, in dem gerade vor dem Kontakt 54 eine Zwischenwand 61 mit einem Loch vorgesehen ist, durch das der bewegliche Kontakt 41 passieren kann. Mit dem Zylinder 56 ist ein Zylinder 63 aus Isoliermaterial fest verbunden, der einen grösseren Durchmesser aufweist als der Zylinder 60 und diesen umschliesst. Der Flansch 62 passt ziemlich genau in den Zylinder 63, um eine ausreichende Dichtung zu erzielen.
Auch der Boden 64 des Zylinders 63 ist mit einem Loch für den beweglichen Kontakt versehen, während im Kolben 55 eine Öffnung 67 für den Durchtritt der Löschfliissigkeit angeordnet ist.
Wenn nun die Kontakte 41 und 54 getrennt werden und der bewegliche Kontakt 41 aus dem Loch in der Zwischenwand 61 ausgetreten ist, dann bewirkt der auf den Kolben 55 und den Flansch 62 ausgeübte Druck des verdampften Löschmittels eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 55 mit dem oberen Kontakt 54, wobei überdies die Entfernung der beiden Kontakte weiter vergrössert wird. Wenn nach Unterbrechung des Lichtbogens die Löschflüssigkeit wieder kondensiert, dann kehrt auch der Kolben 55 unter der Wirkung der Feder 59 wieder in seine Ausgangsstellung zurück.
Ähnlich ist auch die Wirkung der Anordnung nach Fig. l], die sich-von der Ausführungsform nach Fig. 10 dadurch unterscheidet, dass der feststehende Kontakt 54 und der Kolben 55 durch eine Stange 65 am Isolator befestigt sind. Bei dieser Anordnung ist daher nicht der Kolben 55, sondern der Zylinder 56 mit dem an ihm befestigten Isolierzylinder 63 beweglich, wird aber von der Feder 59 für gewöhnlich in seiner oberen Stellung gehalten.
Bei der Anordnung nach Fig. 12 ist der feststehende Kontakt 54 an einem Metallteil 66 befestigt, der auch die beiden festen, aus Isoliermaterial bestehenden Zylinder 70, 73 trägt. Der Zylinder 70 ist, nahe vor dem festen Kontakt 54, mit einer Zwischenwand 71, der Zylinder 73 mit einem Boden 74 versehen.
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Der den Zylinder 70 umschliessende Raum ist durch Löcher 68 mit dem Innenraum des Zylinders 70 verbunden. Zwischen den Zylindern 70 und 73 ist ein beweglicher Metallzylinder 72 angeordnet, der an seinem unteren Teil einen Flansch trägt, dessen Durchmesser der Bohrung des Zylinders 7. 3 entspricht.
Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Isolationszylinder fest angeordnet, und nur der dazwischenliegende Metallzylinder 72 kann sich in senkrechter Richtung bewegen, wird aber von den auf kleinen Bolzen 75 sitzenden Federn 69 für gewöhnlich in der unteren Lage gehalten. Nach Entzündung eines Lichtbogens zwischen den Elektroden 41, 54 wird der Metallzylinder 72 durch den sich entwickelnden Dampfdruck aufwärts bewegt, wobei sich der mit dem Inneren des unteren Zylinders durch die Öffnungen 68 verbundene Teil des zwischen den Zylindern 70, 73 eingeschlossenen Raumes vergrössert, der mit dem oberen Zylinder kommunizierende Raumteil aber verkleinert. Auch hier ist es die Kraft der Federn 69, die den Zwischenzylinder 72 nach Beendigung des Abschaltvorganges wieder in seine Ausgangsstellung zurückführt.
Die Anordnung nach Fig. 13 ist ähnlich der nach Fig. 12. Der Isolator 57 trägt einen Metallzylinder 86, der seinerseits einen Zylinder 80 aus Isolationsmaterial trägt. Dieser Zylinder ist nahe vor dem festen Kontakt 54 mit einer Zwischenwand 81 versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der äussere Zylinder 83 mit dem Metallfutter 85 beweglich und wird von den auf kleinen Bolzen 75 sitzenden Federn 69, die auf den nach innen gerichteten Flansch des Futters 85 wirken, in seiner oberen Stellung gehalten. Der Zylinder 83 ist auch mit einem Boden 84 versehen, in dem ein Loch für den beweglichen Kontakt 41 vorgesehen ist. Der Metallzylinder 86 weist eine Öffnung 88 zum Durchgang der Löschflüssigkeit auf. Der Zylinder 80 ist an dem Zylinder 82 befestigt, der auch die Bolzen 75 trägt. In ihrer Wirkungsweise ist die Anordnung nach Fig. 13 jener nach Fig. 11 ähnlich.
Die in Fig. 14 veranschaulichte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes eignet sich besonders für Schalter, bei denen Wasser als Löschmittel dient. Die Löschkammern, welche die von den Isolatoren 91 getragenen, feststehenden Kontakte 97 tragen, werden von mehreren gegeneinander beweglichen Zylindern gebildet. Die beweglichen Kontakte 93 sind an einer Brücke 94 befestigt, die von einer isolierenden, Stange 95 getragen wird, die mit dem auf der Zeichnung nicht dargestellten Schaltmechanismus verbunden ist. Die Isolatoren 91 ruhen auf einer Unterlage 92, die etwa den Boden des Schalters bildet.
In Fig. 15 ist eine der Löschkammern in grösserem Massstabe gezeigt. Die Löschkammer wird von einem durch einen Deckel 105 abgeschlossenen Zylinder 104 gebildet, der wie alle übrigen aus Metall hergestellt sein kann, doch müssen die Deckel aller Zylinder aus Isoliermaterial bestehen. Der nahe dem
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der er durch Federn 110 auf Bolzen 109 und biegsamen Leitern 108 elastisch und gut leitend verbunden ist. Ein den festen Kontakt 97 umschliessender, unten offener Zylinder 98 ist mittels Bolzen 106 am Boden des Behälters 104 befestigt. Dicht um die Öffnungen des Zylinders 98 schliesst sich ein oben offener, unten durch einen Boden 101 abgeschlossener Zylinder 102, der mit einem weiteren, im Behälter 104 beweglichen Zylinder 100 fest verbunden ist.
Der Zylinder 98 ist oben durch einen Deckel 99 abgeschlossen, so dass der feststehende Kontakt 97 vollkommen eingeschlossen ist. Auch der bewegliche Zylinder 100 trägt oben einen Deckel 103, der wie ein Kolben in der Kammer 104 beweglich ist, Die Deckel 99, 103 und 105 der Zylinder 98, 100 und 104 sind mit je einem Loch für den Durchgang des beweglichen Kontaktes 93 versehen. Der bewegliche Kontakt 93 weist am unteren Ende eine Längsbohrung auf, die durch Schlitze 96 mit dem Aussenraum in Verbindung steht.
Wenn bei dieser Anordnung die Kontakte voneinander getrennt werden, so entsteht zwischen ihnen ein Lichtbogen, der das Wasser verdampft. Im ersten Augenblick wird der Dampf durch die Löcher 96 entweichen, so dass der Druck beiderseits des Deckels 99 bzw. des Bodens 101 ungefähr gleich wird. Der an der unteren Seite des Deckels 103 wirkende Druck verursacht eine aufwärts gerichtete Bewegung des Zylinders 100, und da der Zylinder 102 mit diesem Zylinder fest verbunden ist, wird der
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geht, der derart sehr schnell gelöscht wird. Gewöhnlich wird der Schalter bis zu der mit einem Pfeil bezeichneten Linie mit Wasser gefüllt, es kann aber auch so wenig Wasser benutzt werden, dass der Wasserspiegel nicht bis an den Deckel 103 reicht.
Bei der in Fig. 16 dargestellten Abänderung der Löschkammer nach Fig. 15 ist der feste Kontakt 111 mit einer Bohrung und auch die den Kontakt 111 tragende Hülse 112 mit einem Kanal 113 versehen. Bei dieser Ausführungsform braucht der bewegliche Kontakt keine Bohrung aufzuweisen. Bei der Unterbrechung wird der im Inneren des Zylinders 98 entstehende Dampf durch den Kanal 113 in den Raum ausserhalb des Zylinders strömen. Die weitere Ausführungsform nach Fig. 17 unterscheidet sich von der nach Fig. 16 nur dadurch, dass der feststehende Kontakt selbst als Hülsenkontakt mit federnd befestigten Kontaktblöcken 116 ausgebildet ist.
In Fig. 18 ist noch eine Ausführungsform der in Fig. 15 gezeigten Anordnung dargestellt, bei der der Lichtbogenweg von einer Anzahl quer verlaufender, von Isolationsscheiben 118 gebildeter Kanäle 119 gekreuzt wird. Die Form der Scheiben 118 ist in Draufsicht in Fig. 19 veranschaulicht.
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Bei den in den Fig. 14-18 gezeigten Anordnungen ist die von dem Zylinder 98 eingeschlossene Druckkammer mit einem Bodenventil 117 versehen, das bei einem bestimmten Überdruck öffnet und so die Druckkammer vor gefährlichen Spannungen schützt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Schalter, bei dem der durch den Unterbrechungslichtbogen entstehende Überdruck durch Einwirkung auf eine Kolbenfläche ein flüssiges oder gasförmiges Löschmittel gegen den Lichtbogen
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Electric holder.
Electrical switches in which the interrupting arc is extinguished by a gas or liquid flow, but in particular those in which this current is generated by the arc itself, are known. The quenching liquid flow is generated there either by an auxiliary arc or by a pump that is driven by the switching mechanism.
The use of an auxiliary arc for this purpose leads to rather complicated switch constructions and is also associated with other disadvantages which are particularly evident when the switch is closed.
If the flow of liquid is generated by a piston driven by the switching mechanism, the switching mechanism must produce the same flow of liquid with every interruption,
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required fluid flow is very important, the switching mechanism is heavily loaded with each interruption and must therefore be dimensioned very powerful.
Other interrupters are also known in which the liquid flow is caused by the interrupting arc itself, but there the vapor pressure generated by the arc acts directly on the medium which extinguishes the arc and creates a liquid jet crossing the arc path at a point quite far away from the first interruption point. Before the extinguishing effect occurs, the arc is given a fairly long length, so that it consumes a significant amount of energy.
Since the liquid extinguishing agent is evaporated by the arc formed when the power is interrupted and the excess pressure or vapor generated by the thermal effect of the arc. the gas overpressure, if a gaseous extinguishing agent is used - but the stronger the piston surface which sets the extinguishing agent in motion, the stronger the arc, so the driving force and thus the strength of the extinguishing agent flow adjusts automatically to the strength of the current to be interrupted at.
According to the invention, the contacts of the switch are enclosed in a chamber which is in communication with another chamber through one or more channels, of which at least one is passed by the arc.
The volume of these chambers can be changed in that some of their walls are movable and connected to one another in such a way that an increase in the volume of one chamber leads to a reduction in the volume of the other chamber. The chambers are expediently cylindrical, with the movable walls serving as pistons or forming the cylinder jacket. The effective cylinder diameters can either be the same or different, and when the larger or smaller cylinder is referred to in the following, the cylinder with the larger or smaller diameter is meant.
If the effect of the arc creates a pressure in the cylinder, this will exert a greater force on the larger piston than on the smaller one, so that a resultant force acts on the two pistons, moving them in the direction of the greater force. This reduces the volume of the smaller cylinder and the liquid contained therein is pressed out of the smaller cylinder through the channels connecting the two cylinders.
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The arrangement can also be designed so that the pressure generated by the arc acts on one side of a simple piston, on the other side of which a uniform pressure, e.g. B. the atmospheric pressure prevails. The piston presses on a chamber, the volume of which is reduced in this way.
As soon as the interruption arc occurs, part of the extinguishing liquid is gasified, or if a gaseous extinguishing agent is used, this is strongly heated and thus experiences a significant increase in volume. The moving parts of the cylinders are greatly accelerated by the resulting significant pressure and, as a result of the changes in volume of the cylinders caused by them, generate a powerful flow of liquid through the channel passed by the arc or a flow of liquid crossing the arc path. The intimate contact of the solvent with the arc thus causes it to be extinguished after one or two half cycles.
Although basically irrelevant, it is advantageous to let the arc arise in the smaller and not in the larger cylinder, since it has been shown that the moving contact is less affected when the solvent flows against the direction of movement of the moving contact.
The effectiveness of the arrangement emerges from the following: If it is assumed that the amount of liquid gasified and partially dissociated by the arc has 100 times the volume of the non-gasified liquid and that the movable wall part of the larger cylinder is four times as large as that of the other, then becomes the channel connecting the cylinders for every cubic centimeter of gasified liquid of y (100-1) = 132 cm3 of the gas-liquid mixture flows through, since the increase in volume is distributed over both cylinders, one of which is an increase in its volume, the other at the same time a decrease in its volume experiences around a quarter of the increase in space of the larger cylinder.
If it is further assumed that the entire amount of gas developed flows through the channel, then another 33 cm3 of liquid must flow through the channel at the same time, since the gas volume has been assumed to be 100-1 = 99 cm3. In reality, a part of the gas and the liquid also get from one cylinder to the other in another way, but nevertheless a considerable amount of liquid flows through the channel during the interruption process.
Various exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in the drawings.
Fig. 1 shows an oil switch according to the invention, u. Zw. In this Fig. 1 is an oil container with a cover 2. The bushing insulators 3 attached to the cover 2 carry fixed contacts 8 and a pressure chamber 4 surrounding the contacts. An insulating rod 5 carries the bridge 7 with the movable contacts 6 2, which shows the pressure or extinguishing chamber 4 on a larger scale, the fixed contact 8 carried by the insulator 3 is provided with contact blocks 9 which, forming a resilient sleeve contact, are carried by leaf springs 10 and are pressed together by annular helical springs 11. The contact 8 is surrounded by a metal sleeve 12 on which means
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Paper, carries.
The cylinder 13 is provided with a cover 14 and a bottom 15, which are held at a suitable distance by bolts 17 and provided with holes 18 and 19 for the intersection of the movable contact 6, respectively. The hole 18 in the cover 14 has approximately the same diameter as the movable contact 6. Immediately below the base 15 is another base 20, which is freely movable to the side and is provided with an outwardly conically widened hole 21 that is well fitted to the movable contact . As a result of the movable arrangement of the base 20, the hole 21 can precisely enclose the contact 6, even if the movable contact 6 does not move in the center of the cylinder 1, 3. The conical widening of the hole 21 ensures the safe entry of the movable contact 6 into the opening 21. The cylinder 13 is of a.
Surrounding metal cylinder 22, which is provided with a metal ring 2.3 at the top and with an inwardly bent rim 24 at the bottom, the edge of which fits exactly around the cylinder 13. The ring 23 fits exactly around the metal sleeve 12 and has a recess 25 on its inside which communicates with the interior of the chamber through bores 29 and with the space outside the cylinder through an opening 30. The bores 29 are usually through Valves 28 pressed against them are closed by means of springs 27.
When the movable contact 6 now moves away from the contact blocks 9, an arc is created between the contacts 6 and 9, which first evaporates the liquid in the space 32 located above the cover 14 and then when it is drawn into the lower space 38 , including the liquid located there. The pressure developed thereby acts on the lower side of the ring 2.3 with an upwardly directed force, but with a downwardly directed force on the bent rim 24 of the cylinder 22. The former force is much greater than the other, so that the cylinder 22 experiences an upward movement due to the resultant force, in which the space between the cylinders 22 and 13 is reduced, but the upper space 32 is enlarged.
As a result, the extinguishing agent is first pressed from the first-mentioned space through the openings 31 into the lower space 3, then from this through the channel 18 into the space 32. After the arc has been extinguished, the cylinder 22 is returned to its original position by the spring 34.
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to avoid. In order to further facilitate the escape of the gases after extinguishing, the ring 16 is provided with small holes 35.
In the embodiment of FIG. 3, the fixed contact 42 with the cylinder 36 consists of a
Piece. This cylinder is made of metal and is supported by the insulator. 3 worn. In the cylinder 36 there is a piston 37 which is connected to another by rods dz which extend through the cylinder base
Piston 39 is connected, which is movable in a further cylinder 40. The cylinder 40 consists of
Insulating material and has a considerably smaller diameter than the cylinder 36. When the movable contact 41 moves away from the stationary contact 42, an arc is created between these two contacts and, since both chambers or cylinders are filled with an arc-extinguishing medium this is vaporized and creates an upward pressure on piston 37 and a downward pressure on piston 39.
Since the two piston surfaces are of different sizes, the resulting force acts upwards, so that both pistons are moved upwards. During this movement, the extinguishing liquid is pressed out of the smaller cylinder through the hole 43 and is brought into intimate contact with the arc. After the arc has been extinguished, the pistons are returned to their original position by the action of the spring 44.
Fig. 4 illustrates a modification of the embodiment shown in Fig. 3 in which the cylinders 36 and 40 are separated by a wall 45 made of insulating material. The fixed one
In order to ensure resilient contact, contact is elastic with the conductive parts of the
Chamber 36 connected. The wall 45 is provided with a hole through which the movable contact can pass.
In the embodiments according to FIGS. 5 and 6, the jacket parts of the cylinders can be moved relative to one another. The upper cylinder 36 is preferably made of metal, the lower 40 of insulating material.
In both embodiments, the movable contact is arranged elastically and the cylinders are separated by a wall 45. This wall is supported by bolts 46 surrounded by coil springs 47 which act on the upper piston. In the embodiment according to FIG. 5, the fixed contact reaching through an opening 48 in the wall 45 is provided with a channel 49 and openings 50. The lower cylinder is firmly connected to the upper piston, so that when a pressure is created in the cylinder, the lower cylinder is moved upwards and the liquid contained in the same through the channel 49 and openings 50 or through the one provided in the wall 45 Hole 51 is pressed into the upper cylinder.
In FIGS. 7, 8 and 9, embodiments are shown in which the wall 45 is replaced by several walls or disks 52 which are each provided with a central hole in a manner known per se. The holes in the disks 52, which are arranged one above the other, thus form a channel for the movable contact. According to FIGS. 7 and 8, these disks are arranged at a small distance from one another and, according to FIG. 8, are also provided with lateral holes 53 which cause the extinguishing liquid to flow transversely through the arc path. FIG. 9 shows a section of this arrangement in a plane perpendicular to the section plane of FIG. 8.
In the embodiment according to FIG. 10, the upper contact 54 is fastened to a metal piston 55 which is movable in the cylinder 56. The cylinder 56 is attached to the insulator 57 and the top contact is connected to the cylinder 56 by a flexible conductor 58. A spring 59 serves to hold the piston 55 in its lowest position. The piston 55 is provided with a flange 62 and carries a cylinder 60 in which an intermediate wall 61 is provided with a hole just in front of the contact 54, through which the movable contact 41 can pass. A cylinder 63 made of insulating material, which has a larger diameter than the cylinder 60 and surrounds it, is firmly connected to the cylinder 56. The flange 62 fits fairly closely into the cylinder 63 to achieve a sufficient seal.
The bottom 64 of the cylinder 63 is also provided with a hole for the movable contact, while an opening 67 for the passage of the extinguishing liquid is arranged in the piston 55.
If the contacts 41 and 54 are now separated and the movable contact 41 has emerged from the hole in the intermediate wall 61, then the pressure of the evaporated extinguishing agent exerted on the piston 55 and the flange 62 causes the piston 55 to move upwards with the upper contact 54 , whereby the distance between the two contacts is further increased. If the extinguishing liquid condenses again after the arc has been interrupted, the piston 55 also returns to its starting position under the action of the spring 59.
The effect of the arrangement according to FIG. 1], which differs from the embodiment according to FIG. 10 in that the fixed contact 54 and the piston 55 are fastened to the insulator by a rod 65, is similar. In this arrangement, therefore, it is not the piston 55 but the cylinder 56 with the insulating cylinder 63 attached to it that is movable, but is usually held in its upper position by the spring 59.
In the arrangement according to FIG. 12, the fixed contact 54 is attached to a metal part 66 which also carries the two fixed cylinders 70, 73 made of insulating material. The cylinder 70 is provided with an intermediate wall 71, close to the fixed contact 54, and the cylinder 73 is provided with a bottom 74.
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The space surrounding the cylinder 70 is connected to the interior of the cylinder 70 through holes 68. A movable metal cylinder 72 is arranged between the cylinders 70 and 73 and has a flange on its lower part, the diameter of which corresponds to the bore of the cylinder 7.3.
In this embodiment, the two insulating cylinders are fixedly arranged, and only the metal cylinder 72 between them can move in the vertical direction, but is usually held in the lower position by the springs 69 sitting on small bolts 75. After an arc has been ignited between the electrodes 41, 54, the metal cylinder 72 is moved upward by the developing vapor pressure, whereby the part of the space enclosed between the cylinders 70, 73 connected to the interior of the lower cylinder through the openings 68, which is enlarged with the space communicating with the upper cylinder is reduced. Here, too, it is the force of the springs 69 that returns the intermediate cylinder 72 to its starting position after the shutdown process has ended.
The arrangement of FIG. 13 is similar to that of FIG. 12. The insulator 57 carries a metal cylinder 86 which in turn carries a cylinder 80 made of insulating material. This cylinder is provided with an intermediate wall 81 close to the fixed contact 54. In this embodiment, the outer cylinder 83 with the metal chuck 85 is movable and is held in its upper position by the springs 69 seated on small bolts 75, which act on the inwardly directed flange of the chuck 85. The cylinder 83 is also provided with a bottom 84 in which a hole for the movable contact 41 is provided. The metal cylinder 86 has an opening 88 for the extinguishing liquid to pass through. The cylinder 80 is attached to the cylinder 82, which also carries the bolts 75. In its mode of operation, the arrangement according to FIG. 13 is similar to that according to FIG.
The embodiment of the subject matter of the invention illustrated in FIG. 14 is particularly suitable for switches in which water is used as an extinguishing agent. The arcing chambers, which carry the fixed contacts 97 carried by the insulators 91, are formed by a plurality of cylinders that can move relative to one another. The movable contacts 93 are attached to a bridge 94 which is carried by an insulating rod 95 which is connected to the switching mechanism, not shown in the drawing. The insulators 91 rest on a base 92 which approximately forms the bottom of the switch.
One of the arcing chambers is shown on a larger scale in FIG. The extinguishing chamber is formed by a cylinder 104 closed by a cover 105, which like all the others can be made of metal, but the covers of all cylinders must be made of insulating material. The one near that
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which it is elastically and conductively connected by springs 110 on bolts 109 and flexible conductors 108. A cylinder 98 which surrounds the fixed contact 97 and is open at the bottom is fastened to the bottom of the container 104 by means of bolts 106. A cylinder 102, which is open at the top and closed at the bottom by a base 101, closes tightly around the openings of the cylinder 98 and is firmly connected to a further cylinder 100 movable in the container 104.
The cylinder 98 is closed at the top by a cover 99 so that the fixed contact 97 is completely enclosed. The movable cylinder 100 also has a cover 103 at the top, which is movable like a piston in the chamber 104. The covers 99, 103 and 105 of the cylinders 98, 100 and 104 are each provided with a hole for the movable contact 93 to pass through. The movable contact 93 has a longitudinal bore at the lower end, which is in communication with the outside space through slots 96.
In this arrangement, if the contacts are separated from one another, an arc is created between them, which evaporates the water. At the first moment the steam will escape through the holes 96, so that the pressure on both sides of the cover 99 and the base 101 will be approximately the same. The pressure acting on the lower side of the lid 103 causes the cylinder 100 to move upwards, and since the cylinder 102 is firmly connected to this cylinder, the
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that is deleted so very quickly. The switch is usually filled with water up to the line indicated by an arrow, but so little water can also be used that the water level does not reach the cover 103.
In the modification of the arcing chamber according to FIG. 15 shown in FIG. 16, the fixed contact 111 is provided with a bore and the sleeve 112 carrying the contact 111 is also provided with a channel 113. In this embodiment, the movable contact need not have a bore. During the interruption, the steam generated inside the cylinder 98 will flow through the channel 113 into the space outside the cylinder. The further embodiment according to FIG. 17 differs from that according to FIG. 16 only in that the fixed contact itself is designed as a sleeve contact with resiliently fastened contact blocks 116.
FIG. 18 shows another embodiment of the arrangement shown in FIG. 15, in which the arc path is crossed by a number of transverse channels 119 formed by insulating disks 118. The shape of the disks 118 is illustrated in plan view in FIG. 19.
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In the arrangements shown in FIGS. 14-18, the pressure chamber enclosed by the cylinder 98 is provided with a bottom valve 117 which opens at a certain overpressure and thus protects the pressure chamber from dangerous stresses.
PATENT CLAIMS:
1. Electrical switch, in which the overpressure created by the interrupting arc acts on a piston surface and a liquid or gaseous extinguishing agent acts against the arc
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