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Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Stromunterbrecher, z. B. Schalter und Sicherungen. bei denen der Lichtbogen in einer vorzugsweise rohrförmigen Schaltkammer gezogen wird, deren Wan- dungen aus einem Stoff bestehen, der unter dem Einfluss der Lichtbogenwärme gasförmige Druckmittel abgibt, welche den Lichtbogen löschen. Unter Gasen sind in diesem Zusammenhang sowohl Gase als auch Dämpfe zu verstehen. An die gasabgebenden Stoffe werden sowohl mechanisch als auch thermisch und chemisch vielseitige Anforderungen gestellt. Der Stoff soll einerseits selbst bei Erwärmung hohe Festigkeit besitzen, anderseits in der Lichtbogenwärme an seiner Oberfläche Gase abgeben, ohne dass seine Oberfläche sieh in ihrer Beschaffenheit dauernd ändern darf. Diese Anforderungen werden in hinreichendem Masse nur von wenigen Stoffen erfüllt.
Die Eigenarten des Stoffes begrenzen die Leistungsfähigkeit der Schaltstelle und bestimmen ihre Abmessungen. Anderseits hängen die Abmessungen des
Schalters auch von der Nennspannung, dem Nennstrom und dem höchsten Kurzsehlussstrom ab, den er abzuschalten vermag. Infolge starker Abhängigkeit vom Baustoff der Wandung ist es nur in einem verhältnismässig engen Bereich der Spannung, des Nennstromes und der Kurzscblussleistung möglich, befriedigende Löschverhältnisse zu erhalten.
Das Anwendungsgebiet derartiger Stromunterbrecher wird dadurch erweitert, dass die dem Lichtbogen ausgesetzte Oberfläche der Schaltkammerwandungen aus mindestens zwei Stoffen besteht, von denen erfindungsgemäss der eine im wesentlichen zum mechanischen Aufbau der Schaltkammer dient (Grundstoff), während der bzw. die andern Stoffe (Zusatzstoffe), zusammen mit dem Grundstoff, das Lösehgas abgeben. Hiedurch wird eine weitgehende Unabhängigkeit der Abmessungen der Anordnung von den gegebenen Stoffen erreicht und die Betriebsspannung, der Nennstrom und die Abschaltleistung lassen sieh weitgehend steigern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt der mechanisch feste Stoff, dessen Gas- bzw. Dampfentwicklung nieht entscheidend ist, den Körper der Schaltkammer dar und die Zusatzstoffe, die im wesentlichen die Gas-bzw.
Dampfbildung bestreiten, sind an der Innenfläche der Kammer angebracht.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Querschnitt einer Sehaltröhre, bei der das Rohr 1 aus Grundstoff Rillen enthält, die im wesentlichen in Richtung der Schaltbewegung verlaufen. Diese Rillen werden mit dem Zusatzstoff 2 gefüllt. Es können auch mehrere Zusatzstoffe gleichzeitig nebeneinander verwendet werden. Die Zusatzstoffe können in die Rillen eingeschmiert, eingepresst, eingegossen oder in sonst geeigneter Weise eingebracht und dann darin zur Erhärtung gebracht sein. Sie können aber auch als Formstüeke eingesetzt sein. Die Rillen können keilförmig ausgebildet sein. Dann können Keile aus Zusatzstoffen leicht ausgewechselt werden. Vorzugsweise werden die Keile derart angeordnet, dass nach der Austrittsöffnung des Schaltstüekes zu die Gasabgabe sich vergrössert.
Dadurch wird erreicht, dass bei kleineren Strömen, bei denen die Lichtbogenlöschung länger als bei grossen Strömen dauert, verhältnismässig stärkere Gasentwicklung stattfindet. Die Rillen können schwalbenschwanzförmig oder T-förmig ausgebildet sein, um ein besseres Festhalten zu sichern.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei welcher die Wandungen gewölbeartig aus Sektorstücken 4, 5, 6 innerhalb eines Halterohres zusammengesetzt sind. Die Form des Schaltraumes kann anstatt kreisrund auch rechteckig oder oval sein. In manchen Fällen genügt auch eine geringere Anzahl von Wandungsstücken, da ja die entstehenden Gase und Dämpfe sich sofort vermischen.
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Eine bei Verwendung flacher Schaltstücke günstige Form zeigt Fig. 3. Die Segmente 7 und 8 können aus gleichen oder verschiedenen Stoffen bestehen. Die Zusatzstoffe können auch in Zellen oder wabenartigen Aussparungen des Grundstoffes angeordnet sein. Für die Zusammenarbeit ist es günstig, wenn der Abbrand verschiedener Stoffe angenähert gleich stark ist. Durch die Freiheit in der Einteilung der Oberfläche unter den verschiedenen Stoffen ist es möglich, die Zusammensetzung des Gases sowie dessen Menge in weiten Grenzen zu beeinflussen.
Es ist auch möglich, verschiedene Stoffe übereinander anzuordnen, wobei die einzelnen den Schaltraum bildenden Elemente vorteilhafterweise durch Axialdruck zusammengehalten werden. Dabei können zwei oder mehr verschiedene Stoffe übereinandergeschichtet werden. Dies wird vorzugsweise so durchgeführt, dass Stoffe grösserer Gasabgabe später mit dem Lichtbogen in Berührung kommen.
Dabei kann so verfahren werden, dass in der Nähe der Kontakte schwerer verdampfbare Stoffe sitzen, ferner können z. B. bei Sehaltkammern, in denen die kleinen Ströme an besonderen Stellen gelöscht werden, diese Stellen für stärkere Gasabgabe eingerichtet sein. Werden Körper (Füllstücke) in den Schaltraum zur Löschung kleiner Ströme eingeführt, so können diese auch aus mehreren Stoffen aufgebaut sein oder im ganzen aus Material stärkerer Gasabgabe bestehen.
Die Zusatzstoffe können auch in Ring-oder Schraubrillen des Grundkörpers angebracht werden.
Es können auch verschiedene Stoffe in kleineren Stücken, z. B. in Plättchen oder Könerform, miteinander verbunden werden. Dies kann durch Pressen, Sintern, Kleben od. dgl. erfolgen. Verschiedene
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gleichartig nebeneinander angeordnet sein. Es kann aber auch ein Stoff (Grundstoff) die andern Stoffe, die in Körnerform od. dgl. vorliegen, umhüllen und dadurch zusammenhalten.
Die Verwendung zweier oder mehrerer Stoffe zum Aufbau der Schaltraumwandungen bietet ausser der beschriebenen Arbeitsteilung der verschiedenen Stoffe und der Dosierung der Gasmengen weitere Vorteile, wenn die Vergasungs-bzw. Verdampfungsprodukte der Ausgangsstoffe miteinander oder eventuell mit den Ausgangsstoffen selbst in ch emische Reaktion bzw, ch emische Beeinflussung treten.
Es werden z. B. oft organische Stoffe, z. B. Hartgummi, Fiber u. dgl.. zum Aufbau der Schalt- kammern verwendet. Bei Berührung mit dem Lichtbogen entstehen dabei brennbare kohlenstoffhaltige
Gase. Durch unvollkommene Verbrennung mit der in der Röhre vorhandenen Luft wird Kohlenstoff frei und schlägt sieh als Russ nieder. Um diesen unerwünschten Niedersclag zu vermeiden, ist es vorteilhaft, gleichzeitig mit oder besser vor der Vergasung des organischen Stoffes die Verbrennung nicht unterhaltende Gase, z. B. Kohlendioxyd, Stickstoff, Wasserstoff, entstehen zu lassen, etwa durch Vergasung von Ammoniumkarbonat od. dgl.
Die entstehenden Gase vertreiben bzw. verdünnen die in der Röhre vorhandene Luft so stark, dass überhaupt keine Verbrennung stattfindet und die kohlenstoffhaltigen Gase unzersetzt die Sehaltröhre verlassen. Ein anderes Mittel zur Verhütung von Russbesehlag besteht in der Verwendung von Stoffen, die Sauerstoff in ausreichender Menge abgeben, um den Kohlenstoff restlos zu verbrennen. Der Kohlenstoff verbrennt dabei zu Kohlendioxyd, welches höhere Lösch- fähigkeit als Sauerstoff besitzt. Bei Verwendung von Sauerstoff abgebenden Stoffen (z. B. Ammonium- nitrat) muss dafür gesorgt werden, dass dieser Stoff nur in erforderlicher Menge vergast wird, und sich nicht selbsttätig zersetzt.
Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass die Körner dieses Stoffes vom Grundstoff oder einem besonderen Stoff umhüllt und zusammengehalten werden.
Bei Verwendung zweier oder mehrerer Stoffe zum Aufbau der Röhre ergibt sich die Möglichkeit, verschiedenartige Stoffe mit Vorteil zu verwenden. Als Grundstoffe kommen insbesondere in Betracht organische Stoffe, wie z. B. Hartgummi, synthetische gummiähnliche Stoffe, Fiber, Holz, Kunstholz, Hartpapier, Viskose, Hartleinen. Diese Stoffe können in der üblichen Handelsqualität verwendet werden. Sie lassen sich jedoch dem speziellen Verwendungszweck durch besondere Herstellung anpassen. Hartgummi besteht in der Regel aus Rohgummi, Schwefel und Füllstoffen. Die Füllstoffe können fehlen. Der Stoff besteht dann nur aus Kohlenstoff, Wasser- stoff und Schwefel. Bei der Vergasung entstehen gut löschende Gase, jedoch tritt eine gewisse Verrussung der Schaltstelle ein.
Durch geeignete Zusatzstoffe lässt sich die Gasentwicklung und die Lösehwirkung beeinflussen. Werden erdartige Metalloxyde und Salze in Mehl-oder Staubform verwendet, so ergibt sieh eine Verringerung der Gasentwicklung, jedoch begünstigt das Eindringen von staubförmigen Teilchen in die Lichtbogennähe die Lichtbogenlöschung. Es können Stoffe wie Marmorstaub, Gips, Aluminiumoxyd, Siliziumoxyd, Magnesiumoxyd, Talkum, Specksteinmehl, Porzellanmehl u. dgl. verwendet werden. Durch Verwendung leicht zerfallender Stoffe kann die Gasbildung erhöht werden. Es können Salze verwendet werden, insbesondere metallfreie Salze, wie Ammoniumverbindungen, Hydrazinverbindungen usw., die vollständig in Gase und Dämpfe zerfallen. Werden Stoffe verwendet, wie z. B.
Ammoniumnitrat, die Sauerstoff abgeben, so kann der Kohlenstoffgehalt durch Zugabe von Kohlenstoff als Füllstoff erhöht werden. Der Kohlenstoff verbrennt dann mit dem freigewordenen Sauerstoff.
An Stelle von Kohlenstoff kann auch besonders hoher Schwefelgehalt treten.
Die Füllstoffe werden in der Regel beim Vulkanisiervorgang dem Gummi zugesetzt. Es ist aber auch möglich, den Grundstoff mit feinen Öffnungen zu versehen bzw. kapillarporös zu machen.
Dann kann der Zusatzstoff durch Tränkung, eventuell nach voraufgehender Evakuierung, oder unter Druck eingebracht werden. Auf diese Weise können z. B. Paraffine, Wachse, Seifen (insbesondere
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metallfreie), Asphaltmassen, Kompoundmassen, Bakelite usw. mit dem porösen Hartgummi oder einem andern porösen Grundstoff vereinigt werden. Diese Stoffe erstarren oder erhärten durch Abkühlung oder chemische Umwandlung und bilden mit dem porösen Grundstoff einen einheitlichen Körper.
Auf ähnliche Weise können Tränkungen mit konzentrierten Salzlösungen vorgenommen werden. Die porösen Körper können aber auch mit Flüssigkeiten getränkt werden und dauernd mit diesen in Ver- bindung stehen bleiben, so dass sie sich durch Kapillarwirkung, statischen Druck oder beides stets mit Flüssigkeit füllen. Es können Wasser, wässerige Salzlösungen. Glyzerin und ähnliche Öle und Fette usw. verwendet werden. Ähnliche Massnahmen können bei andern organischen Grundstoffen, sowie bei keramischen Grundstoffen verwendet werden. Die letzteren werden durch Tränkung überhaupt erst zur Gasabgabe befähigt. Es kommen in Betracht : poröse Tone, Porzellane, Gläser, ferner gesinterte
Metalloxyde, wie Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd. Glimmer-und Asbeststoffe usw.
Synthetische gummiartige Stoffe, wie Isopren, ferner Fiber. Kunstharz und Viskose, lassen sich ähnlich wie Hart- gummi durch geeignete Zusätze zur günstigeren Gasabgabe befähigen. Als Füllstoffe können auch
Flüssigkeiten dienen, die sich mit der Grundmasse beim Herstellungsvorgang nicht mischen und als
Bläschen in der Grundmasse eingesehlosen bleiben. Bei Schichtstoffen, wie Hartpapier. Hartleinen u. dgl., lassen sich die Zusatzstoffe vor dem Kleben in Pulver- oder Körnerform einführen.
Das Holz lässt sich infolge seiner besonderen Struktur besonders günstig imprägnieren, da seine
Poren an sich abgeschlossen sind und eine Imprägnierung osmotisch. d. h. durch Zellwände hindureh erfolgt, so dass nach der Imprägnierung und Trocknung die Imprägnierstoffe mit der Aussenluft nicht mehr in Verbindung stehen. Da bei Zersetzung der Holzbaustoff die Zellulose in Kohlenstoff und Wasser zerfällt, muss für sofortige Verbrennung des Kohlenstoffes gesorgt werden, um Russbildung zu ver- meiden.
Als Zusatzstoffe können Stoffe verwendet werden, die in der Liehtbogenwärme restlos in Gase zerfallen, z. B. Ammoniumsulfat. An Stelle von Hartgummi kann auch Weichgummi treten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Stromunterbrecher mit Lichtbogenlöschung durch gasfölmige Dir. ekmittel die aus den Wandungen einer vorzugsweise rohrförmigen Schaltkammer, deren dem Lichtbogen ausgesetzte Oberfläche aus mindestens zwei Stoffen besteht, durch den Liehtbogen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass von diesen beiden Stoffen der eine im wesentlichen zum mechanischen Aufbau der Sehaltkammer dient (Grundstoff), während der bzw. die andern Stoffe (Zusatzstoffe), zusammen mit dem Grundstoff, hauptsächlich das Löschgas abgeben.