<Desc/Clms Page number 1>
Schalter nach dem Expansionsprinzip.
Die Erfindung betrifft einen Schalter nach dem Expansionsprinzip, bei dem der lichtbogenlöschende Dampf aus einer in der Umgebung des Lichtbogens festgehaltenen Flüssigkeit durch plötzliche sprunghafte Druckentlastung erzeugt wird. Der Vorgang bei der Expansion ist dabei der, dass durch die plötzliche Druckentlastung der Flüssigkeit in der Umgebung des Lichtbogens, welche vor dem Expansionsvorgang unter dem höheren Druck des durch den Schaltlichtbogen in einer Schaltkammer erzeugten Dampfes gestanden hat, eine Erniedrigung des Verdampfungspunktes und dadurch ein lebhaftes Nachdampfen entsteht, welches über den Stromnulldurchgang andauert und den lösehfähigen Dampf in den Lichtbogenraum liefert.
Der Lichtbogen wird also durch einen innerhalb der Schaltkammer sich bei der Druckentlastung abspielende Dampfbildungsvorgang, verbunden mit einer Zustandsänderung, gelöscht.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass zwei Momente für die Erzielung einer möglichst kräftigen Expansionslöschung von Bedeutung sind ; nämlich erstens eine möglichst geringe Störung der bei der Druckentlastung dampfliefernden Flüssigkeitsobeifläche durch den dann einsetzenden heftigen Strömungsvorgang und zweitens ein geringer mittlerer Abstand dieser Oberfläche vom Lichtbogenkörper, damit einerseits eine starke Erhitzung und Verdampfung der Flüssigkeit durch den Lichtbogen stattfindet, anderseits während und nach der Expansion die Dämpfe aus der Flüssigkeit kühl und unionisieit in grosser Menge in den Lichtbogenraum eindringen können.
Diese Forderungen werden nach der Erfindung dadurch erfüllt, dass Stellen der dem Lichtbogen zugekehrten Wandungsoberfläche, die von den Expansionsöffnungen entfernt, aber nahe an den Lichtbogen herangebracht sind. derart ausgestaltet oder eingerichtet sind, dass sie trotz der heftigen Expansion Flüssigkeit enthalten.
Insbesondere ist es zweckmässig, den nahe an den Lichtbogen herangebrachten Wandungsteilen eine solche Einrichtung oder Ausgestaltung zu geben, dass eine grosse dampfliefernde Flüssigkeitsoberfläche erzeugt wird. Die Vertiefungen können dabei Rillenform haben. Es kann auch eine gewellte oder rauhe Oberfläche verwendet werden. Die Vertiefungen können schliesslich als einzelne Löcher über die ganze Oberfläche verteilt sein. In den Vertiefungen wird Flüssigkeit zurückgehalten und der Einwirkung der heftigen Strömung bei der Diuekentlastung entzogen.
Die Flüssigkeit wird daher an diesen Stellen nicht von der Wand abgerissen und auch nicht dadurch gestört, dass durch Wirbelbildung die heisse, dem Lichtbogen zugekehrte Oberflächenschicht mit der darunter befindlichen Flüssigkeit vermischt wird. Anderseits hat die Ausbildung von Vertiefungen den Vorteil, dass die Oberfläche der in der Umgebung des Lichtbogens zurückgehaltenen Flüssigkeit Wellenform annimmt, wodurch die dampfliefernde Oberfläche. einen grossen Flächeninhalt bei kleinstem mittleren Abstand von der Liehtbogenachse hat. Die Intensität der Dampfbildung bei der Druckentlastung ist auf diese Weise die denkbar grösste.
Der Lichtbogenraum, der von der flüssigkeitsbedeckten Wandung umschlossen wird, kann ent- weder ständig oder vorübergehend mit der Schaltflüssigkeit gefüllt sein. Es genügt eine Benetzung dieser Wandung in Form einer dünnen Flüssigkeitshaut, welche beispielsweise durch Einspritzen von Flüssigkeit vor jedesmaliger Schaltung hergestellt werden kann. Als Flüssigkeit kommen Wasser oder wässerige
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Wie der Expansionsverschluss der Schaltkammer ausgebildet ist, ist für die Erfindung nicht von Belang. Es können z. B. die Isolierkörper, welche den Lichtbogen umgeben, den Expansionsverschluss bilden ; es ist aber auch möglich, die Expansion an einer Stelle erfolgen zu lassen, welche von den nach der Erfindung ausgebildeten Teilen der Wandung räumlich weiter entfernt ist.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 die Wirkung von Flüssigkeitstasehen in der Wandung veranschaulicht, Fig. 2 veranschaulicht die wellenförmige Gestaltung der Flüssigkeitsoberfläche und Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Fig. 1 ist 10 die Lichtbogenachse. 53 ist der Lichtbogenkern. Zwischen diesem und der Wand liegt die nicht mehr stromführende Randzone des Lichtbogens. 11 und 12 sind Isolierkörper, welche die Flüssigkeit in der Umgebung des Lichtbogens festhalten. 11 ist von 12 abgehoben, so dass sich zwischen ihnen ein Spalt 13 gebildet hat, durch welchen der Flüssigkeitsdampf ausströmt. M, 15 sind Vertiefungen in den Isolierkörpern, in welchen die Flüssigkeit 16, 17 zurückgehalten wird. Die Körper 11, 12 bilden die Teile einer Expansionskammer, welche zunächst vollkommen geschlossen gehalten wird. Unter der Einwilkung des Lichtbogens wird zunächst, solahge die Schaltkammer geschlossen ist, Dampf von einer gewissen Spannung in der geschlossenen Kammer erzeugt.
Eine dünne Oberflächenschicht der Flüssigkeit, die mit dem Dampf in unmittelbarer Berührung steht, besitzt dabei die dem hohen Sättigungsdruck des Dampfes (beispielsweise 25 Atm.) entsprechende Temperatur. Wenn nun nach Erreichung eines bestimmten Drucks die Körper 11 und 12 voneinander, wie in der Zeichnung dargestellt, abgehoben werden, so dass zwischen ihnen ein Ausströmungsschlitz 13 für den Dampf in den umgebenden Luftraum entsteht, setzt eine plötzliche Dampfausströmung und damit eine Druckentlastung des Schaltkammerinnenraumes
EMI2.1
Flüssigkeitshaut an den Stellen 20, 21 fort.
Die Flüssigkeit, die sich in den Taschen 16, 17 befindet, kann jedoch von dieser Strömung nicht gestört werden, so dass diese Teile der hocherhitzte Flüssigkeitsoberfläche bei der Druckentlastung mit ihrer vollen Leistungsfähigkeit als Dampferzeuger in Wirksamkeit treten.
In Fig. 2 bedeutet 22 ein Isolierrohr, dessen Innenoberfläche 23 Wellenform hat. 24 ist die Lichtbogenachse. Die wellenförmige Oberfläche besitzt einen mittleren Abstand a von der Lichtbogenachse.
Die Flüssigkeit, die in Form einer Flüssigkeitshaut 25die innere Wellenfoimoberfläche überzieht, hatinfolge- dessen eine grosse verdampfende Oberfläche und verhältnismässig gelingen mittleren Abstand mit den bereits oben hervorgehobenen Vorteilen. Diese Wirkung entsteht bei jeder Art von Vertiefungen, mit welchen die Oberfläche der bedeckten Wandung versehen wird.
In der Fig. 3 ist eine vollständige Expansionskammer mit einer Eimichtung zur Füllung der Kammer mit Flüssigkeit vor jedesmaliger Abschaltung dargestellt. Es bezeichnet 30-36 den sogenannten Expan- sionsverschluss der Kammer. Dieser ist aufgebaut aus Isolierringen, die aus aufeinandergeschichteten Isolierplatten bestehen. Aufeinanderfolgende Platten haben'verschieden grossen Innendurchmesser,
EMI2.2
und dabei voneinander abheben, wobei zwischen den Ringen die Ausströmöffnungen für den Dampf entstehen.
Dieser Expansionsverschluss sitzt auf einem tellerförmigen Teil 38, der in einem halsförmigen Teil 39 nach unten gleiten kann. Teil 39 bildet den Abschluss eines Gefässes 40, welches die Schaltflüssigkeit und das feststehende Schaltstück 41 sowie einen Kolben 42 enthält. 42 dient zum Hinaufdrücken der Flüssigkeit in den von den Ringen 30 bis 36 umschlossenen zylindrischen Lösehraum. Durch starke Federn 43 werden die Ringe 30-36 zusammengepresst. 44 und 45 sind nach oben aufschlagende Ventile, 46 sind Federn, welche den Kolben 42 nach oben gegen den Schaltstift 47 drücken. Die ganze Kammer wird von einem Gehäuse umgeben, dessen unterer aus Metall bestehender Teil mit 48 und dessen oberer aus Isolierstoff bestehender Teil mit 37 bezeichnet ist.
Der Schaltstift 47 ist in der Öffnung des- Teils 37 durch eine Dichtung 49 gedichtet. Bei 50 steht der Spiegel der Schaltflüssigkeit. Die ganze Schaltkammer ist auf einen Isolator 51 aufgebaut.
Die Schaltkammer wirkt in folgender Weise :
Wird aus der gezeichneten Stellung der Sehaltstift 47 nach oben bewegt, dann drückt zunächst der durch die Federn 46 ebenfalls nach oben bewegte Kolben 42 die Schaltflüssigkeit aus dem Gefäss 40 in den zylindrischen Lichtbogenraum zwischen den Ringen 30-36 hinauf, so dass sich dieser Raum vollkommen mit Schaltflüssigkeit füllt. Insbesondere füllt die Schaltflüssigkeit die rillenförmigen Vertiefungen, in denen sie nun, unbeeinflusst von den Strömungsvorgängen, in der unmittelbaren Nähe des Lichtbogens festgehalten wird. Sobald sich bei der weiteren Aufwärtsbewegung der Schaltstift vom feststehenden Schaltstück 41 trennt, wird der Lichtbogen gezogen und in den zylindrischen Raum nach oben verlängert.
Dabei entwickelt nun der Lichtbogen sofort eine grosse Menge Dampfes aus der Flüssigkeit, welche die Wandung der Ringe 30-36 bedeckt, und es bildet sich daher eine hohe Dampfspannung. Der Dampf dringt in die Fugen zwischen den Ringen ein, überwindet bei Erreichung eines bestimmten Drucks die Kraft der Federn 43 und drückt zwei der Ringe auseinander, die zwischen sich einen Ringspalt für die Dampfausströmung öffnen.
Nun setzt schlagartig die Dampfausströmung ein, so dass sich unter der
<Desc/Clms Page number 3>
Wirkung der plötzlichen Druckentlastung des Innenraumes und damit auch der hocherhitzte Flüssig- keitsoberfläche, welche die Innenwandung der Ringe 30-36 benetzt, das sogenannte Nachdampfen ein- stellt, welches entsprechend dem grossen Unterschied zwisehen der Temperatur der Flüssigkeitsoberfläche und der dem stark gesunkenen Innendruck entsprechenden Sättigungstemperatur des Dampfes äusserst lebhaft ist. Grosse Mengen frischen kühlen Dampfes werden daher aus der Flüssigkeitsoberfläche in den hocherhitzte Lichtbogenraum geschleudert. Sie durchwirbeln diesen und strömen dann durch den zwischen zwei Ringen gebildeten Ringschlitz aus.
Die Ausströmung geht dabei der Innenwand der Ringe entlang, ist jedoch nicht imstande, die dampfliefernde Flüssigkeitsoberfläche in den durch die Rillen gebildeten Flüssigkeitstaschen zu stören oder diese Flüssigkeit gar wegzublasen. Infolgedessen und infolge der durch die Rillen stark vergrösserten dampferzeugenden Oberfläche ist die Expansionslöschung des Lichtbogens bedeutend verbessert.
Für hohe Spannungen ist es zweckmässig, der den Lichtbogen umgebenden Flüssigkeitshaut eine grosse Länge in Richtung der Schaltstiftbewegung zu geben, um Rückzündungen, welche durch Gleitentladungen längs der Flüssigkeitsobeifläche eingeleitet werden, zu erschweren.
Zur Erzeugung der für die Lichtbogenlöschung benutzten Druckentlastung ist man nicht auf die Anwendung von Schaltkammern beschränkt, die während des Druckbildungsvorganges abgeschlossen sind. Man kann statt solcher Schaltkammern auch nicht gegen die Atmosphäre abgeschlossene Schaltkammern anwenden, wenn man in dem Ausströmraum, der für die Lichtbogenlöschung mit, dem den Lichtbogen umgebenden Dampfraum verbunden wird.
einen entsprechenden Unterdruck erzeugt.'In der Schaltkammer brauchen dann keine oder wenigstens keine nennenswerten Überdrücke hergestellt zu werden, da in dem Augenblick, wo durch Herstellung der Verbindung des Dampfraumes, der sich zwischen der vom Lichtbogen erhitzten Flüssigkeit befindet, mit dem unter Vakuum stehenden Ausströmraum eine starke Verdampfung der Flüssigkeit einstellt, auch ohne dass diese zuvor über die dem Normaldruck entsprechende Siedetemperatur erhitzt wurde.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schalter nach dem Expansionsprinzip, bei dem die Flüssigkeit, innerhalb welcher der Lichtbogen gezogen wird, durch eine die Unterbrechungsstrecke umgebende Wandung begrenzt und der entstehende Dampfdruck durch Expansionsöffnungen entlastet wird, die in im wesentlichen flüssigkeitsfreie Entspannungsräume münden, dadurch gekennzeichnet, dass Stellen der dem Lichtbogen zugekehrten Wandungsoberfläche, die von den Expansionsöffnungen entfernt, aber nahe an den Lichtbogen herangebracht sind, derart ausgestaltet oder eingerichtet sind, dass sie trotz der heftigen Expansion Flüssigkeit festhalten.