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Druekgasschalter.
Es sind Druckgasschalter bekannt, bei denen das Druckgas während des Schaltvorganges durch einen zum Schalter gehörenden Kolbenkompressor erzeugt wird. Bei derartigen Schaltern mit Selbsterzeugung des Druckgases kommt mit Rücksicht darauf, dass der Schalter stets betriebsbereit sein muss, zur Betätigung der Kompressionsvorrichtung praktisch nur ein Kraftspeicherantrieb in Betracht. Es steht also für die Druckgaserzeugung eine beschränkte Energiemenge zur Verfügung, und es kommt darauf an, diese beschränkte Energiemenge möglichst günstig und wirtschaftlich auszunutzen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die bekannten Anordnungen, bei denen die Löschblasung während der Kolbenbewegung beginnt und der durch das Ausströmen entstehende Druckverlust durch das Nachschieben des Kolbens ausgeglichen werden soll (Nachschubverfahren), diesen Anforderungen nicht genügen. Erfindungsgemäss wird daher, im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, die Verdichtungseinrichtung und der Druckgasspeicher (Entspannungsraum), von dem aus die Löschblasung erfolgt, derart ausgebildet und bemessen, dass die Druckgaserzeugung bei Beginn der Löschblasung im wesentlichen aufhört und das Volumen des Entspannungsraumes, unter Vermeidung weiterer Energiezufuhr, während der Löschblasung im wesentlichen konstant bleibt.
Diese Anordnung bietet wesentliche Vorteile in Bezug auf Lichtbogenlöschung, konstruktive Ausbildung, Kraftbedarf und Kraftübersetzung, wie im einzelnen an Hand der Zeichnung erläutert werden soll.
In dieser sind in den Fig. 1-5, 10 und 11 Diagramme für die beim Kompressions-und Entspannungsvorgang auftretenden Änderungen der Zustandsgrössen dargestellt, während die Fig. 6-9, 12 und 13 Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen.
Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher der Kompressionsdruck p in Abhängigkeit von dem Kompressionsvolumen V dargestellt ist. Es wird dabei von der verlustlosen Kompression eines Gasvolumens Vo ausgegangen. Die Kompression erfolgt unter gewisser Wärmeabgabe an die Wandungen. Es kann, wie Versuche zeigen, für die folgende Betrachtung angenommen werden, dass die Temperatur des Gases sich während des Kompressions-und des Entspannungsvorganges nicht ändert.
Es sei das Volumen Vo des Gases vom atmosphärischen Druck Po im Verhältnis k zu komprimieren.
Dann gilt
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unu
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Die für die Kompression aufzuwendende Arbeit ist :
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Durch Einsetzen von (1) und (2) folgt :
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Der Druckverlauf ist in Fig. 1 dargestellt.
Erfolgt nun gemäss der Erfindung die freie Entspannung des Gases, so ist während des Ausströmens keine Arbeit mehr zu leisten. Soll dagegen, wie bei den bekannten Anordnungen, das Gas mit dem konstanten Druck P1 ausgestossen werden, so ist noch die Ausstossarbeit La zu leisten.
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Die gesamte aufzuwendende Arbeit wird also
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Die Ausströmvorgänge sind bei beiden verglichenen Verfahren im zeitlichen Verlauf grund- sätzlich verschieden. Es wird im folgenden vereinfachend angenommen, dass zum Ausströmen eine Düse vom Querschnitt q diene, durch die das Gas mit konstanter (Schall-) Geschwindigkeit v ausströme.
Die Annahme = konstant gilt nur oberhalb des kritischen Druckverhältnisses plpo = 1'9 für Luft.
Bei der Lichtbogenlöschung wird meist mit höheren Drücken gearbeitet, so dass diese Annahme zulässig ist.
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beim konstanten Druck kn.po aus. Dieser Verlauf des Gasdruckes p in Abhängigkeit von der Zeit t ist in Fig. 2 dargestellt.
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herrschenden Druck ist.
Das Gewicht des komprimierten Gases ist in jedem Augenblick
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Durch Einsetzen von (9) in (8) folgt :
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Der Druckabfall erfolgt exponentiell mit der Zeitkonstanten
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Beim Blasen nach beiden Verfahren beim gleichen Ausgangsvolumen Vo und gleichem Kom-
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so lässt das Entspannungsverfahren eine höhere Kompression zu. Durch Einsetzen von (3) und (6) in (12) folgt :
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Druck nach dem Entspannungsverfahren
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Für die Fig. 2 sind diese Zahlenwerte zugrunde gelegt. Die gestrichelte Linie zeigt den Druckverlauf unter Einfluss der Geschwindigkeitsänderung bei geringem Überdruck.
Die Figur zeigt, dass während etwa der halben Blaszeit mit höherem Druck geblasen wird als beim Nachschubverfahren, während später der Druck kleiner wird.
Die Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der Löschfähigkeit N eines nach dem Konstantdruckverfahren arbeitenden Schalters vom Schaltweg S bei verschiedenen Blasdrücken. Bei der Lichtbogenlöschung wird nämlich der eigentliche Löschvorgang, bei dem der Lichtbogen vom Druckgas angegriffen wird, vom darauffolgenden Abriegelungsvorgang unterschieden, bei dem die Widerzündung des Bogens durch Wegschaffung der in der Gasstrecke sich befindlichen Ionen und durch Einschieben einer isolierenden Gassehieht verhindert werden soll.
Der Löschvorgang erfordert infolge grosser Widerstandsfähigkeit des Lichtbogens bedeutend stärkeres Blasen als das Abriegeln. Der Vorteil des Entspannungsverfahrens ist es also, dass bei der Kontakttrennung das Gas bei höchstem, bei einem bestimmten Arbeitsaufwand erzielbaren Druck zuströmt. Der relativ hohe Gasdruck, der beim Abriegeln beim Nachschubverfahren herrscht, stellt unter Umständen eine Energievergeudung dar.
Für die Wahl des Kompressionsgrades,'der Volumeninhalte und der Querschnitte usw. erhält man Anhaltspunkte durch folgende Überlegung :
Wird ein bestimmter Schalter mit konstantem Druck Pe betrieben (Konstantdruekverfahren), so ändert sich seine Löschfähigkeit mit der Zeit während des Abschaltvorganges nur infolge der Bewegung des Schaltstückes mit dessen Augenblicksstellung. Unter der Löschfähigkeit wird diejenige Leistung in MVA verstanden, die der Schalter im betrachteten Moment, falls in diesem Moment ein Nulldurchgang des Abschaltstromes beim gleichzeitigen Maximum der EMK des Kreises (induktive Belastung) stattfinden würde, gerade noch abschalten könnte.
Die Löschfähigkeit wird dabei als Produkt der Effektivwerte des abgeschalteten Stromes und der wiederkehrenden Spannung ermittelt. Bei der Kontakt-
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fähigkeit N in Abhängigkeit von der Zeit t nach der Kontakttrennung. Eine Abschaltung kann dabei nur innerhalb des schraffierten Bereiches stattfinden. Sie kann aber auch nur dann stattfinden, wenn der Strom durch Null geht, d. h. zweimal während einer Periode des Wechselstromes. Ferner kann die Abschaltung einer bestimmten Leistung N frühestens nach der Zeit tr. nach der Kontakttrennung erfolgen. Sie erfolgt spätestens nach < +'c. (t bedeutet hierin die Zeitdauer einer halben Periode.) Es ist erwünscht, die Zeit tr. gering zu halten.
Dies lässt sich jedoch durch unbegrenzte Steigerung der Schaltstückgeschwindigkeit nicht erreichen, da bei zu grosser Schaltstückgeschwindigkeit die Beblasung des emittierenden Lichtbogenfusspunktes gegebenenfalls ungenügend erfolgt, da sich das Schaltstück zu früh im Bereich geringer Gasgeschwindigkeit befindet. Es gibt also einen optimalen Bewegungverlauf, bei dem die Zeiten tr. am kürzesten werden, der sich experimentell finden lässt. Im folgenden wird zunächst angenommen, dass sich das Schaltstück in der optimalen Weise bewegt. Die Kurve b zeigt die Löschfähigkeit ohne Blasung. Bei den Schaltern mit Gasselbsterzeugung ist der Druck p des Gases nicht konstant.
Ist für einen Schalter die experimentell ermittelte Abhängigkeit der Löschfähigkeit von der Zeit bei günstigster Schaltstückbewegung beim konstanten Blasdruck ermittelt, so ergeben
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Bei der Wahl der Drucke entsprechend dem oben behandelten Beispiel und der Annahme pe = kn p@, d. h. dass der Druck des Nachschubverfahrens gleich dem Druck des Konstantdruckverfahrens sei, ergeben sich die in Fig. 5 dargestellten Löschfähigkeitskurven für verschiedene Verfahren, Kurve a zeigt den Verlauf beim Konstantdruckverfahren ; Kurve b den Verlauf ohne Blasung ; Kurve c den Verlauf beim Nachschubverfahren ; Kurve d den Verlauf beim Entspannungsverfahren.
Es zeigt sich hiebei, dass beim Entspannungsverfahren im Gegensatz zum Konstantdruckverfahren die Lösefähigkeit nach kurzer Zeit praktisch verschwindet. Der Vorzug des Entspannungsverfahrens vor dem Nachschubverfahren liegt infolge des steileren Anstieges der Löschfähigkeitskurve ausser der hohen Grenz- leistung auch nochin der kürzeren Lichtbogendauer. Für die sichere Löschung einer bestimmten Leistung N muss die Zeitspanne zwischen der ersten und der letzten Löschmöglichkeit tr, und tz so gross sein, dass mindestens ein Stromnulldurchgang während dieser Zeit stattfinden muss.
Es muss also sein :
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iLs sei deshalb sicherheitshalber angenommen :
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Ferner sei angenommen, dass die Lichtbogenlöschung nach etwa drei Halbwellen stattfindet.
Dem entspricht :
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Also wird
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Bei einem gegebenen Schalter ist seine Grenzleistung bestimmt auf Grund der ersten Forderung (14) als diejenige Ordinate, die der Löschzeit tx - tL = 2# entspricht. Soll ein Schalter für gegebene Grenzleistung N ausgelegt werden, so sind beide Forderungen durch geeignete Bemessung zu erfüllen.
Während des eigentlichen Löschvorganges nimmt die Lösefähigkeit beim Konstantdruckverfahren praktisch proportional mit der Zeit zu. Es sei experimentell ermittelt :
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Dann ist die Löschfähigkeit des Entspannungsverfahrens
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Dabei ist :
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Bei einer vorgeschriebenen Grenzleistung Ne = Na lassen sich die Gleichungen (14) und (15) durch
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Dadurch vereinfacht sich die Gleichung
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Die erforderliche Kompression ist :
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geschwindigkeit
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Es ist also besonders zweckmässig, wenn das Volumen des Entspannungsraumes in Litern etwa 0. 9 des Austrittsquerschnittes des Gases in Quadratzentimeter beträgt.
Auch bei Verwendung einer gleich hohen Kompression wie beim Entspannungsverfahren bleibt das Nachschubverfahren unterlegen. Bei Aufwendung gleicher Arbeitsmengen wird die Ausströmzeit t"
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tn = O'012-O'Olö seK. Diese Zeit ist zu kurz für eine zuverlässige Löschung, so dass beim Nachschubverfahren eine entsprechend höhere Energie zur Erreichung ausreichend langer Blaszeit erforderlich ist.
Unter Berücksichtigung obiger Betrachtungen und Formeln ergibt sich erstmalig die Möglichkeit, bei bestimmter Ausbildungsart des Schaltraumes für eine vorgeschriebene Grenzleistung die erforderlichen Abmessungen zu bestimmen bzw. bei gegebenen Abmessungen vorauszuberechnen, für welche Grenzleistung der Schalter genügt.
Es ist natürlich auch möglich, während des eigentlichen Mischens kurzzeitig den Druck durch Nachschieben aufrechtzuerhalten und das Gas nach der Löschung sich ausdehnen zu lassen.
Auch in der konstruktiven Hinsicht ist das Entspannungsverfahren überlegen. Der angenommene Idealfall des Nachschubverfahrens lässt sich nur dann verwirklichen, wenn sich die Düse unmittelbar am Kompressionszylinder befindet. Der Zylinder muss dazu entweder in dem den Düsenkontakt tragenden Isolator eingebaut werden, also selbst isolierend sein, oder auf dem Isolator isoliert angebracht werden. In diesem Fall muss der Kompressionsantrieb isolierend sein, was bei relativ hohen Kräften entsprechend hohe Kosten erfordert. In beiden Anordnungen muss bei mehrphasigen Schaltern jede Phase einen eigenen Zylinder erhalten. Bei Benutzung geerdeter Zylinder ergeben die Zuleitungen zu den Düsen, kontakten unvermeidliche tote Räume.
Sollen diese klein gehalten werden, so werden die Strömungsquerschnitte eng und die Strömungsverluste hoch.
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Alle diese Nachteile vermeidet das Entspannungsverfahren, indem grundsätzlich die Toträume als Entspannungsräume nutzbar gemacht werden, d. h. der Entspannungsraum Vi wird in die Zuleitungen verlegt, während der eigentliche Kompressionszylinder sich im geerdeten Teil befindet. Die Zuleitungen können weit gehalten werden, so dass keine Druckverluste auftreten. Isolierteile werden durch den
Bewegungsvorgang der Kompression nicht beansprucht. Das Volumen des eigentlichen Kompressions- zylinders, das beim Nachschubverfahren Vo war, wird beim Ausdehnungsverfahren kleiner, nämlich Vo-VI.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines gemeinsamen Kompressionszylinders für drei
Phasen, wodurch die unvermeidlichen Reibung-und Gasverluste herabgesetzt werden. Ein dreipoliger
Schalter dieser Art ist in den Fig. 6-8. dargestellt, wobei Fig. 6 die Gesamtansicht zeigt, während in
Fig. 8 ein Schnitt durch den mittleren Pol und die Kompressionsvorrichtung dargestellt ist. Fig. 7 zeigt eine Teilansicht des Gestänges.
Wie aus Fig. 8 zu ersehen, ist der feste Kontakt 1 als Düse ausgebildet. In ihn ragt der bewegliche stiftförmige Kontakt 2 hinein. Zur Erzeugung der Druckluft dient der Zylinder 3 mit dem Hubvolumen Vo-7i, in dem sich der Kolben 4 bewegt. Der Kolben wird von der Welle 5 durch die Kurbel 6 über die Pleuelstangen 7 angetrieben. In der dargestellten Anfangsstellung ergibt die in Achsrichtung der Pleuelstangen 7 wirkende Antriebskraft eine Querkomponente, die durch die Kolbenstange 8 und die Führung 9 aufgenommen wird. Diese Querkomponente erzeugt einen Reibungswiderstand. Der
Kurbeltrieb ist derartig angeordnet, dass der Reibungswiderstand am Anfang der Bewegung, wenn der
Gegendruck des Gases gering ist, am grössten ist und beim grössten Gegendruck des Gases am Ende der
Kompression am kleinsten.
Zur Verminderung des Reibungswiderstandes und gleichzeitig guter Dichtung ist der Kolben mit Kolbenringen 10 versehen. Die Kompression wird durch die Federn 11 bewirkt, die mittels einer Aufziehvorrichtung 12 von Hand gespannt werden können. Der Schalthebel 22 ist über die Gelenkstange 13 mit einer losen Kurbel 14 verbunden. Diese wird bei der Kompressionsbewegung gegen das Ende derselben durch den Anschlag 15 mitgenommen, wobei gleichzeitig die Einschaltfeder 16 gespannt wird. Natürlich ist auch eine federnde Verbindung möglich, z. B. indem eine besondere Hilfsfeder beim Komprimieren gespannt wird, die dann, die Einschaltfeder spannend, die Ausschaltung bewirkt. Das verdichtete Gas befindet sich in dem Entspannungsraum, der aus dem Querraum 17 und den Zuführungsräumen 18 besteht.
Das Volumen des Entspannungsraumes ist Vs, Die Lage des Zylinders bezüglich der Querverbindung ist gleichgültig, da während des Schaltens sich im Zylinder kein Gas mehr befindet. Der Zylinder kann, wie in Fig. 6, symmetrisch oder zwischen zwei Phasen oder ausserhalb angeordnet werden. Im eingeschalteten Zustand dichtet der Schaltstift 2 den Zuführungsraum 18 mit Hilfe der Dichtungen 19 ab. Beim Öffnen wird kurzzeitig die Abdichtung von der Kontaktstelle 1-2 übernommen. Der Isolierkörper 20 und der Schleifkontakt 21 dienen zur Geradführung des Schalt- stiftes. Zum Einschalten müssen die Kompressionsfedern gespannt werden. Dann erst kann durch eine nicht gezeichnete Auslösung die Einschaltung mittels der Feder 16 bewirkt werden. Die Stromzu- leitungen sind mit 24 und 25 bezeichnet.
Die beschriebene Konstruktion trägt der Tatsache Rechnung, dass die Grenzleistung der Schalter mit Gasselbsterzeugung von der nutzbar verbleibenden Energie abhängt und es daher ausserordentlich wesentlich ist, die Energieverluste herabzusetzen. Ausser dem beschriebenen Einfluss der Zylinderform ist darauf geachtet, dass die zusätzliche Reibung infolge der Antriebskraft möglichst gering bleibt. Die eventuell vorhandenen Querkräfte werden nicht vom Kolben selbst, sondern von der Kolbenstangenführung aufgenommen. Da die zur Kompression erforderliche Kraft im Laufe der Kompression ansteigt, werden insbesondere am Ende der Kompression die Kräfte gering gehalten, wenn nötig auf Kosten des Anfanges der Bewegung.
Da das Gas ausser am Kolben noch an der späteren Austrittsstelle entweichen kann, sind die gesonderten Dichtungen 19 vorgesehen, die während der Kompression die Trennstelle vom Druck entlasten, so dass diese nur unmittelbar vor der Kontakttrennung die Abdichtung übernehmen muss. Diese gesonderten Dichtungen bestehen vorteilhaft aus elastischen Stoffen, z. B. Gummi, Hanf usw. Zur Verminderung der Schaltstiftreibung können sie mit Schmierungsmöglichkeit ausgestattet sein, wobei die Schmierstoffe eventuell durch ihre Verdampfung die Löschung des Lichtbogens unterstützen.
Da es vorteilhaft ist, den Schaltstift entgegen dem strömenden Gas zu bewegen, wird eine zweite Dichtungsstelle, die zur Einführung des Stiftes in den Schaltraum dient, meist in Kauf genommen. Im Gegensatz zum Nachschubverfahren, wo es wesentlich ist, alle Toträume klein zu halten, ist es beim Entspannungsverfahren möglich, unter Verzicht auf eine offene Lufttrennstelle, die Bewegung der Stiftspitze ganz im Entspannungsraum vor sich gehen zu lassen. Hiedurch wird das Gas gespart, das sonst durch die frei werdende Öffnung ausströmen würde, und es ergibt sich nun eine besonders günstige in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform mit nur einem am geerdeten Teil sitzenden Isolator pro Phase.
In Fig. 9 liegt die Schalthebelwelle 26 hinter dem Kompressionszylinder 3, der infolgedessen zwischen zwei Phasen anzuordnen ist. Auch unterscheidet sich diese Ausführungsform von der nach Fig. 6-8 durch die Ausbildung des Antriebes. - Die Ausschaltbewegung soll nämlich erst stattfinden,
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wenn der Kompressionsvorgang angenähert vollendet ist. Dies wird in Fig. 6-8 dadurch erreicht, dass der Anschlag 15 die Kurbel 14 ruckartig mitnimmt, was bei grösseren Schaltern unter Umständen uner- wünscht sein kann. In der Fig. 9 ist daher eine Anordnung gewählt, bei der die Mitnahme der Welle 26 durch die Welle 5 stetig erfolgt.
Um zu erreichen, dass trotz der Stetigkeit der Mitnahme die Drehung der Welle 26 und damit die Bewegung des Pleuels 22 und des Schaltstiftes 2 fast vollständig nur am Ende der Schwenkung der Welle 5 erfolgt, sind zwei Kurbelübersetzungen zwischengeschaltet, bestehend aus den Kurbeln 14 und 27 mit der Zwischenstange 28 bzw. aus den Kurbeln 29 und 22 mit der Zwischenstange 30. Beide Kurbeltriebe sind derartig eingerichtet, dass die treibenden Kurbeln 14 und 29 sich am Anfang der Bewegung um die labile Totpunktlage herum bewegen (weshalb die Kröpfung der Schubstangen 28 und 30 erforderlich wird ; bei Verwendung des stabilen Totpunktes lassen sich diese Kröpfungen vermeiden).
Dadurch wird erreicht, dass während des ersten Teiles der Bewegung der Kurbel 14 der
Hebel 27 nur eine geringe Hin-und Herbewegung ausführt, so dass er während der zweiten Hälfte der
Bewegung von 14 seinen vollen Weg zurücklegt. Diese Verlegung der Bewegung genügt allein nicht zur Erzielung der gewünschten Wirkung. Deshalb ist ein zweiter ähnlich gestalteter Kurbeltrieb erforder- lich, der mit dem ersten in gleichem Sinne wirkt. Die durch sie erzielten Übersetzungen ergeben durch
Multiplikation die resultierende Übersetzung. Die Bewegung des Pleuels 22 setzt abgesehen von geringen
Schwankungen, die dazu dienen, die Ruhereibung des Stiftes zu überwinden, erst bei der Lage 31 der
Achse der Kurbel 14 ein. Es ist erforderlich, dass die Spannung der Kompressionsfedern 11 vorgenommen werden kann, ohne dass der Schaltstift dabei eingeschaltet wird.
Deshalb darf die beschriebene zwangläufige Verbindung nur einseitig wirken. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Zwischenstange 28 aus einem inneren Stab 32 und einem äusseren Rohr 33 besteht. Beim Ausschalten wird die Zwisrhenstange auf Druck beansprucht, wobei der Stab 32 sich bis zu einem Anschlag in das Rohr 33 einschiebt. Werden dagegen die Kompressionsfedern gespannt, so wird die Schaltwelle 26 durch eine nicht gezeichnete Sperrung in der Ausschaltlage festgehalten. Der Stab 32 bewegt sich aus dem Rohr 33, wobei die Einschaltfeder 34 gespannt wird. Nachdem die Spannung der Kompressionsfedern beendet ist, ist auch diese Feder gespannt. Die Einschaltung des Schaltstiftes erfolgt nach Freigabe der Welle 26 von Hand oder mittels Fernauslösung durch die Feder 34.
Es ist natürlich auch eine andere Federanordnung möglich, insbesondere durch Verwendung einer Torsionsfeder, die vorzugsweise auf der Achse 35 angebracht werden könnte und die Hebel 27 und 29 miteinander elastisch verbinden würde.
Eine weitere konstruktive Abweichung gegenüber der Fig. 8 liegt in der Vorverlegung der Trennstelle in das Isolierrohr 36.
Die Schaltstiftbewegung kann hiebei in an sich bekannter Weise durch den Druck im Ausdehnungsraum ausgelöst werden. Es ist auch möglich, die Auslösung von der Augenblickslage der Kompressionsanordnung abhängig zu machen.
Da die Schaltstiftbewegung von der Reibung in den Dichtungen usw. abhängig ist, ist in Fig. 8 und 9 vorgesehen, vom Augenblick der Auslösung an den Schaltstift und die Bewegung der Kompressions-
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Diese Geschwindigkeit ist praktisch sehr hoch und erfordert entweder dauernd grossen Kraftüberschuss oder stossartige Beschleunigung kurz vor dem Beginn des Ausstossens. Bei dem Entspannungsverfahren muss die am Kolben angreifende Kraft nur dauernd etwa gleichartig mit dem Gegendruck des Gases ansteigen.
Die Fig. 10 und 11 zeigen den Kräfteverbrauch für eine Anordnung gemäss Fig. 9, u. zw. sieht
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ist als die Gegenkraft k des komprimierten Gases. In Fig. 11 sind die wirksamen Hebelarme der Federkurbel 37 und der Kolbenkurbel 6 bei vereinfachender Voraussetzung konstanter Kraftrichtung durch
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die Kurven k bzw. I dargestellt. Die Kurve m zeigt das resultierende Übersetzungsverhältnis. Die senkrechten Linien p und q grenzen den benutzten Arbeitsbereich ein.
Beim Federkraftspeicher sinkt also die Federkraft im Laufe der Bewegung etwa linear, um bei voller Entspannung auf Null zu sinken. Zur Umformung dieser Kraft werden daher gemäss Fig. 9 zwei
Kurbeltriebe verwendet, wobei am Anfang der Kompression die Federkurbel in der Totpunktnähe und am Ende die Kompressionskolbenkurbel in der Totpunktnähe arbeitet. Da die Kraft am Kolben bis zur Endlage steigen muss, so ist es nicht möglich, die Feder völlig zu entspannen, da bei entspannter
Feder die Kraft unabhängig von der Übersetzung Null wird. Um die Feder trotzdem vollständig aus- zunutzen, ist es beim Entspannungsverfahren möglich, die Restspannung der Feder nach der Kompression für die Bewegung des Schaltstiftes auszunutzen, wie dies bei Fig. 8 geschieht, wo der Stiftantrieb von der Kompressionskurbel in der Totpunktnähe mitgenommen wird.
Die Kurbel bewegt sich dabei über die Totpunktlage bis zu einer Endstellung hinaus. Bei der Bewegung in der Totpunktnähe führt der
Kolben keine nennenswerte Bewegung aus, so dass die Feder ihre Energie fast vollständig an den Schaltstiftantrieb abgibt.
Eine weitere Möglichkeit, die Kraftkennlinie günstig zu gestalten, ergibt sich durch Verwendung von Zwischenkraftspeichern oder zusätzlichen Kraftquellen. Als Zusatzkraftspeicher kommen insbesondere Federn in Betracht, die im ersten Teil der Kompression gespannt werden und sich im zweiten Teil des Kompressionshubes entspannen.
Als zusätzliche Kraftquellen können z. B. gleichfalls Federkraftspeicher verwendet werden, die jedoch nur am Ende der Kompression ihre Energie abgeben.
Beim Handantrieb, beim Antrieb durch niedrig komprimierte Druckluft und bei einem Motor mit Nebenschlusskennlinie (auch Asynchronmotor) ist die zur Verfügung stehende Kraft konstant. Es genügt eine Kraftumformung mittels eines Kurbeltriebes, bei dem bei steigender Kompression der wirksame Lasthebelarm immer kleiner wird (Totpunktnähe).
Beim Antrieb durch einen Hauptstrommotor steigt die Kraft unter gleichzeitigem Absinken der Geschwindigkeit. Es ist also keinerlei Kraftumformung erforderlich.
Bei allen Schaltern nach dem Entspannungsverfahren ist die Frage der Abdichtung der Druckgasräume wesentlich. Die Dichtungen sind bei allen Anordnungen vorzusehen. Sie sind jedoch der Deutlichkeit halber nur bei einigen Abbildungen eingezeichnet. Sie können aus Gummi oder ähnlichen Stoffen bestehen oder auch als reine Metalldichtung (Kolbenringe) ausgeführt sein. Bei Verwendung von Kolbenringen besteht die Schwierigkeit, diese Ringe einerseits vor dem Lichtbogenangriff zu schützen, anderseits das durch ihre ungeeignete Anordnung die Wiederzündung begünstigt werden kann. Eine vorteilhafte Lösung ist in Fig. 9 angedeutet. Die Dichtung wird hier an einer Erweiterung 59 des Schaltstiftes 2 vorgenommen, welche so gross ist, dass durch sie bei der Kontakttrennung die Wiederzündungsgefahr nicht erhöht wird.
Der Kolbenring 61 ist entsprechend der Zeichnung in dem erweiterten Schaltstift eingesetzt und schleift am festen Teil 60. Ebenso kann er auch in den Teil 60 eingesetzt werden und an der Schaltstifterweiterung 59 schleifen. Für die Erweiterung des Schaltstiftes ist eine strömungstechnisch günstige Form gewählt. Der Lichtbogen gelangt nie an die Dichtungsfläche, da er bei der Kontakttrennung zwischen der Schaltstiftspitze 62 und der Düse 1 entsteht und durch das ausströmende Gas nach oben geblasen wird.
Das Entspannungsverfahren ermöglicht, wie aus Fig. 12 hervorgeht, bei zentraler Gasversorgung bedeutende Gasersparnis dadurch, dass zwischen der Druckgaszuleitung 41 und der Blasstelle an der Austrittsdüse sich der Entspannungsraum befindet. Nachdem dieser mit Druckgas gefüllt ist, wird vor dem Schalten die Druckgaszuleitung abgesperrt, so dass einerseits im ersten Augenblick mit dem vollen Druck geblasen wird, anderseits das Gas nicht unnötig lange nachströmt.
Diese Anordnung ist wichtig sowohl für kleinere Schalter als auch für Grossschalter, bei denen bei Anordnung des Entspannungsraumes möglichst in der Nähe der Trennstelle unter Verzicht auf Dosierung des Gases durch Absperrung der Entspannungsraum dazu dient, eine ausreichende Gasmenge bei ausreichendem Druck während des Löschen zu liefern, so dass der Druckabfall in den Zuleitungen die Löschung nicht beeinträchtigt und die Zuleitungen mit kleinerem Querschnitt ausgeführt werden können.
Diese Wirkungsweise wird bei der Ausführungsform nach Fig. 12 dadurch erzielt, dass der feste Kontakt 1 federnd in einem Rohrstück 38 angeordnet ist und durch die Feder 39 bis zur gezeichneten Endstellung nach oben gezogen wird. Beim'Aussehalten wird der bewegliche Kontakt 2 durch den Pleuel 22 nach unten bewegt, wobei er durch eine nicht dargestellte Mitnahmevorrichtung oder einfach durch Reibung den Kontakt 2 eine gewisse Strecke mitnimmt. Nach Zurücklegung dieser Strecke reisst sich der Kontakt 1 plötzlich unter Wirkung der Feder 39 los, während 2 sich weiter nach unten bewegt.
Dabei passiert 2 die Zwischenelektrode 40, zwischen welcher und dem festen Kontakt ein Lichtbogen stehenbleibt, der als Vorschaltwiderstand für den Lichtbogen zwischen 40 und 2 dient, der nach dem Verlassen der Elektrode 40 durch den Schaltstift 2 entsteht. Das Druckgas wird dem Schalter in beschränkter Menge durch das Rohr 41 zugeführt und befindet sich in dem Behälter 42 und den Zuführungsräumen 18. Beim Beginn der Bewegung des Pleuels 22 wird die Gaszufuhr durch das von ihm betätigte Ventil 43 unterbunden. Sobald der Kontaktstift 2 die Isolierdüse 44 freigibt, strömt das im Raum 42
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und in den Zuführungsräumen 18 befindliche Gas durch Entspannung durch die Düse 44 und löscht den Lichtbogen zwischen 2 und 40. Dadurch erlischt auch der vorgeschaltete Lichtbogen zwischen 40 und 1.
Bei der Ausführung nach Fig. 13 wird der abzuschaltende Strom selbst zu Erzeugung des Druckgases benutzt, in dem der Strom einenAntriebsmagneten speist. Um bei hohen Kurzschlussströmen keine zu grossen Zusatzkräfte und keine zu grossen Induktivitäten zu erhalten, kann der Eisenkreis des Magneten stark gesättigt sein. Es sind auch Anordnungen möglich, bei denen die Kompression nur durch den abzuschaltenden Strom vor der Kontakttrennung bewirkt wird. Der Grad der Kompression lässt sich dabei vom Strom abhängig machen, so dass bei grösseren Strömen höhere Drücke zur Löschung zur Verfügung stehen. Im vorliegenden Falle fliesst der Strom durch die Spule 54 des Hubmagneten 53. Der
Kern 55 des Magneten ist über die isolierende Kolbenstange 8 mit dem Kolben 4 verbunden.
Soll die Abschaltung stattfinden, so wird der durch eine nicht gezeichnete Sperrung festgehaltene Kolben freigegeben. Der Kern wird in die Spule hineingezogen, wodurch die Luft im Kompressionsraum komprimiert wird. Da der Strom des Magneten durch den gesamten Stromkreis gegeben ist, also nicht von der Länge des Kernes abhängt, wächst die Kraft des Magneten mit der Bewegung des Kernes ähnlich wie bei einem Gleichstrommagneten. Da auch die Gegenkraft des Druckgases mit der Bewegung zunimmt, ist eine Übersetzung der Antriebskraft nicht erforderlich. Zum Ausgleich der Drücke sind die Zylinder der drei Phasen durch eine Sammelleitung verbunden.
Um bei grossen Strömen keine zu hohe Induktivität und dementsprechend keinen zu grossen Spannungsabfall am Hubmagneten zu erhalten, kann der Eisenkörper 56 stark gesättigt sein. Der Magnet befindet sich auf dem Isolator, so dass er nur in sich für seinen maximalen Spannungsabfall zu isolieren ist. Der Kern 55 besteht aus einem magnetischen, sich verjüngenden Teil 57, zu dem ein unmagnetischer Füllteil 58 hinzutreten kann.
Die grosse Energieersparnis, die durch die Verwendung des Entspannungsprinzips erzielt wird, macht es möglich, Schalter für kleinere Abschaltleistungen unmittelbar von Hand anzutreiben, wobei der Ausschaltvorgang sich aus dem Kompressionsvorgang und dem eigentlichen Schaltvorgang zusammensetzt. Besonders vorteilhaft werden derartige Schalter in Zusammenarbeit mit Einrichtungen, die für die Abschaltung grösserer Leistungen geeignet sind, z. B. mit Sicherungen. Hiebei werden die Normalschaltungen von Hand ausgeführt, während bei den Kurzschlussströmen, die eine automatische Abschaltung erfordern, die Sicherungen den Stromkreis unterbrechen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Druekgassehalter mit Selbsterzeugung des Druckgases durch Verdichtung, die zeitlich vor der Schaltbewegung beginnt, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung und Bemessung der Verdichtungsvorrichtung und des Druckgasspeichers (Entspannungsraumes), von dem aus die Löschblasung erfolgt, dass die Druckgaserzeugung bei Beginn der Löschblasung im wesentlichen aufhört und das Volumen des Entspannungsraumes, unter Vermeidung weiterer Energiezufuhr, während der Löschblasung im wesentlichen konstant bleibt.