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Elektrischer Gasschalter.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas, das durch den Abschaltlichtbogen selbst in einer Schaltröhre freigemacht wird, die aus festen, unter Hitzeeinwirkung gasabgebenden Stoffen besteht oder mit solchen ausgekleidet ist und die einseitig durch eine den festen Schaltkontakt enthaltende Kammer abgeschlossen ist. Die Spitze des beweglichen Schaltgliedes, von der sich nach der Kontakttrennung der Lichtbogen zum festen Gegenkontakt spannt, wird durch diese Schaltröhre hindurchbewegt und dabei durch die innige Berührung des Lichtbogens mit den gasabgebenden Wandungen das Löschgas erzeugt.
Die Menge des jeweils freigemachten Löschgases hängt von der Stärke des abzuschaltenden Stromes, von der Grösse der mit dem Lichtbogen in Berührung kommenden Oberfläche des Schaltrohres und der Dauer der Lichtbogeneinwirkung ab. Dementsprechend benötigt man, um die für die Löschung kleiner Ströme notwendige Gasmenge zu erzeugen, ein längeres Schaltrohr als für den Löschvorgang von grossen Strömen erforderlich ist. Ein langes, für die Löschung kleiner Ströme bemessenes Schaltrohr wirkt sich jedoch beim Abschalten grosser Ströme ungünstig aus.
Denn, da die Löschung der Unterbrechungslichtbögen in der Regel erst erfolgt, sobald die Spitze des beweglichen Schaltgliedes das Blasende der Löschröhre freigibt und eine Löschströmung einsetzt, wird bei der Abschaltung von grossen Strömen die Brenndauer der Lichtbogen unnötig verlängert. Während dieser ganzen zusätzlichen Dauer werden aber die Isolierstoffauskleidungen und die Schaltkontakte durch die kräftigen Lichtbogen sehr stark beansprucht, ohne dass es für den Löschvorgang selbst von Nutzen wäre. Die Folge davon ist ein starker Verschleiss an gasabgebendem Stoff und an Kontaktmaterial sowie eine übermässige und unnötige Beanspruchung der Kammern durch den Druck der vom Lichtbogen erzeugten und erhitzten Gase.
Nach der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, dass der Löschkanal aus gasabgebenden Stoffen, durch den die Spitze des beweglichen Kontaktes beim Abschalten hindurchgezogen wird, in der Weise unterteilt ist, dass sich an dem festen Schaltkontakt ein Löschkanalstück anschliesst, dessen Länge für die Abschaltung grosser Ströme bemessen ist, dann eine Zwisehenblas- kammer folgt, worauf wieder ein weiteres Löschkanalstück angeordnet und dessen Länge so bemessen ist, dass es zusammen mit dem ersten Löschkanalstück die für die sichere Löschung der Lichtbögen kleinerer Ströme erforderliche Schaltrohrlänge ergibt. Die Zwischenblaskammer kann bis auf die Durchtrittsöffnungen für das bewegliche Schaltglied allseitig geschlossen sein.
Man kann sie aber auch durch eine in dem darauffolgenden Löschrohrteil bis zum Blasende des Schaltrohres hochgeführte Bohrung oder auch durch in dem Aussenmantel vorgesehene Öffnungen mit der Umgebungsluft verbinden. Unter Umständen kann es zweckmässig sein, in diesen Öffnungen Ventile anzuordnen.
Die Zwischenblaskammer muss aber selbst dann, wenn sie mit der Aussenluft durch Öffnungen in Verbindung steht, ein gewisses Volumen aufweisen. Sie bedingt daher entweder eine, wenn auch nur verhältnismässig geringe, zusätzliche Vergrösserung des Schalthubes oder aber eine Verbreiterung der Lösehrohranordnung.
Will man diese vermeiden, so kann man gemäss der weiteren Erfindung so vorgehen, dass man ein durchgehendes, für die Abschaltung kleiner Ströme bemessenes Schaltrohr verwendet, in welchem
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in dem erforderlichen Abstand mehrere Löcher passender Grösse vorgesehen sind. Diese Löcher führen in einen das Löschrohr umgebenden, am Blasende des Löschrohres offenen Ringraum.
Man kann auch mehrere derartiger Löschkränze in zweckmässigen Abständen übereinander anordnen, wobei die Löcher der einzelnen Kränze gegeneinander, u. zw. vorteilhaft schraubengangartig, versetzt sein können. Schliesslich ist es auch möglich, die an dem offenen Ende des das Schaltrohr mantelartig umgebenden Zwischenblasraumes austretenden Schaltgase so zu lenken, dass sie die Endblasung beim Austritt des Schaltstiftes aus dem Löschrohr unterstützen.
Will man eine ständig offene Verbindung des Gasbildungsraumes der Lösehröhre zu der Zwischenblaskammer vermeiden, was mit Rücksicht auf die Lichtbogenlöschung kleinerer Ströme von Vorteil sein kann, so ist es zweckmässig, die vorzugsweise mit der Aussenluft unmittelbar in Verbindung stehende Zwischenblaskammer durch einen selbsttätig wirkenden, den Abstand der beiden gaswirksamen Rohrstücke überbrückenden Ringschieber von dem eigentlichen Gasbildungsraum zu trennen. Den je-
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vorzugsweise dadurch erreicht wird, dass der Schieber mit Druckflächen versehen ist, die so gerichtet sind, dass die eine Komponente des an ihm wirksam werdenden Druckgases den Schieber entgegen der Kraft einer Feder zu lüften bestrebt ist.
Bei einer solchen Ausbildung werden auch kleinere Ströme bereits durch die Zwischenströmung
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ist ferner die für die Lichtbogenlöschung günstige Erscheinung, dass bei dieser erfindungsgemässen Ausbildung die Lichtbogenspannung bei der Abschaltung kleiner wie auch grosser Ströme gering ist. Daneben bietet diese Ausführung noch den weiteren Vorteil, dass auch der Ringschieber aus gasabgebendem Material, wenn auch zweckmässig aus einem etwas schwerer verdampfenden Werkstoff, hergestellt und so zur Löschgasentwicklung herangezogen werden kann.
Das selbsttätige Öffnen und Schliessen des Ringschiebers kann auch in Abhängigkeit von dem Abschaltstrom erfolgen. Zu diesem Zwecke wird dann auf dem vorzugsweise aus Isolierstoff bestehenden Ringschieber ein Magnetanker aufgebracht, der mit einer von dem Abschaltstrom erregten Magnetspule zusammenwirkt.
Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind auf der Zeichnung dargestellt.
In Fig. 1 besteht die Schaltröhre aus den beiden Rohrstücken1 1 und 2 aus gasabgebendem Isolierstoff, die in einem Abstande voneinander in einer Traghülse 3 angeordnet sind. Von der dadurch gebildeten Zwischenkammer 4 führt bei dem Ausführungsbeispiel ein Kanal 5 nach dem Blasende des Sehaltrohres, an dessen entgegengesetztem, verschlossenen Ende der feste Kontakt 6 angeordnet ist. Dieser wirkt mit dem rohrförmig ausgebildeten beweglichen Schaltglied 7 zusammen, in welches von dem Boden der Hülse 3 aus ein Isolierstoffbolzen 8 hineinragt.
Bei der Abschaltung grosser Ströme werden durch den Lichtbogen erhebliche Gasmengen aus dem Isolierrohrstück 1 freigemacht. Sobald die Spitze des beweglichen Kontaktes 7 das Rohrstück 1 verlässt, bildet sich infolge der Druckdifferenz zwischen dem den festen Kontakt 6 umschliessenden Raume und der Zwischenkammer 4 eine Löschströmung in Richtung auf die letztere aus, wodurch der Lichtbogen gelöscht wird, ohne dass im weiteren Verlaufe des Ausschalthubes des beweglichen Schaltgliedes eine Wiederzündung des Lichtbogens erfolgt, weil die noch unter Druck stehenden Gase im Rohrstück 1 und in der Zwischenkammer 4 die Wiederkehrsspannung isolieren.
Bei der Unterbrechung kleiner Ströme dagegen ist die durch den Lichtbogen aus dem ersten Isolierrohrstüek freigemacht Löschgasmenge so gering, dass sie für die Löschung des Lichtbogens und die Abriegelung der Wiederkehrsspannung nicht ausreicht. Der Lichtbogen wird vielmehr durch die Zwischenkammer 4 hindurchgezogen und brennt im Rohrteil 2 weiter, wobei die Gasentwicklung so zunimmt, dass die beim Heraustreten der Spitze des beweglichen Kontaktes 7 aus dem Mundstück des Schaltrohres einsetzende Hauptlöschströmung den Lichtbogen zum Erlöschen bringt.
Bei der erfindungsgemässen Anordnung wird somit erreicht, dass Lichtbögen von grosser Stromstärke rascher gelöscht werden als bisher. Dadurch ist der Verschleiss der unter der Einwirkung des Lichtbogens stehenden Schalterteile und die Beanspruchung der dem Druck der Schaltgase ausgesetzten Teile geringer als bisher. Die mit der erfindungsgemässen Anordnung bewirkte Verkürzung der Lichtbogendauer bei grossen Strömen ist für den Kontaktverschleiss darum von besonders grosser
Bedeutung, weil die in der ersten Halbwelle durch den kräftigen Lichtbogen bereits stark erhitzten
Metallteile beim Andauern des Lichtbogens über diesen Zeitpunkt hinaus dem Angriff desselben immer weniger gewachsen sind und der Verschleiss weit mehr zunimmt, als der Lichtbogendauer entspricht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung ist, dass die beim Abschalten von grossen
Strömen erzeugten heissen Gase nicht direkt durch den übrigen, für die Löschung der kleinen Ströme wichtigen Rohrteil 2 geleitet werden, sondern vorher im Zwischenraum 4 eine starke Abkühlung durch
Expansion erfahren, so dass im wesentlichen nur der Rohrteil J ? dem Verschleiss unterliegt. Infolge- dessen wird beim Abschalten grosser Ströme die erfindungsgemässe Löschröhre besser für die Unter- brechung kleiner Ströme geeignet bleiben, als eine Lösehröhre ohne die erfindungsgemässe Einrichtung, die beim Abschalten grosser Ströme dem Verschleiss auf ihrer ganzen Länge unterliegt.
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Unter Umständen kann es zweckmässig sein, das Rohrstück 1 aus gasabgebendem Werkstoff nicht einteilig auszubilden, sondern es aus einzelnen, mit Bohrungen versehenen und unter Zwischenlegung von Abstandsringen aufeinandergeschichteten Platten herzustellen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind für die entsprechenden Teile dieser Schaltanordnung die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1.
In dem einseitig geschlossenen Tragkörper 3 ist der feste Kontakt 6 sowie ein Futterstüek 10 vorzugsweise aus gasabgebendem Material angeordnet. Das Futterstück 10 ist an seinem dem festen Kontakt 6 zugekehrten Ende mit einem flanschartigen Halteteil 11 versehen, in das das Schaltrohr 1, 2 aus gasabgebendem Werkstoff eingesetzt ist. Dadurch entsteht zwischen dem Futter 10 und dem Löschrohr 1, 2 ein mantelartiger, oben offener Raum 4, in welchem Abstandsstücke für die Teile 2 und 10 vorgesehen sein können.
In dem Lösehrohr 1, 2 sind in einem bestimmten Abstand von dem festen Kontakt 6, der im wesentlichen nach der für die Löschung grosser Ströme erforderlichen Schaltrohrlänge bemessen ist, mehrere Bohrungen 9 vorgesehen, die den Mantelraum 4 mit dem Gasbildungsraum verbinden. Der letztere wird in bekannter Weise durch einen konzentrisch eingesetzten Isolierstoffbolzen 8 zweckmässig ebenfalls aus gasabgebendem Stoff auf einem schmalen Ringraum begrenzt, durch den der mit dem festen Kontakt 6 zusammenarbeitende rohrförmige bewegliche Schaltkontakt 7 hindurchtritt.
Die Wirkungsweise des Schalters ist die gleiche wie bei dem nach Fig. 1. Bei der Abschaltung kleiner Ströme fliesst zwar ein Teil der erzeugten Löschgase durch die Bohrungen 9 ab. Jedoch wirkt für den kurzen Zeitabschnitt des Abschaltvorganges, da ein hoher Druck in dem Gasbildungsraum infolge der geringen Stärke des abgeschalteten Stromes nicht auftritt, die in dem Mantelraume 4 ruhende Luftschicht als erheblicher Widerstand, so dass der für die Löschung kleiner Ströme erforderliche Blasdruck beim Heraustreten des Schaltstiftes aus dem Löschrohr ohne weiteres zustande kommt.
Man kann die Sperrwirkung in dem Mantelraum 4 bei der Abschaltung kleiner Ströme auch noch dadurch steigern, dass wie bereits erwähnt, das Futter 10 aus gasabgebendem Baustoff besteht.
Die durch die Bohrungen 9 auf dem Wege nach aussen durch den Mantelraum 4 strömenden heissen Gase entwickeln dann aus dessen Wandungen Gase, die sperrend wirken und auch Rückzündungen auf dem Wege über den Mantelraum verhindern.
Wie ferner auf der linken Bildhälfte der Fig. 2 dargestellt ist, kann man das offene Ende der Mantelkammer 4 so ausbilden, dass die an diesem austretenden Löschgase die Endblasung beim Austritt des beweglichen Schaltstiftes aus dem Löschrohr unterstützen.
Der Löschkanal des Gasschalters nach Fig. 3 besteht wieder aus den beiden Rohrstücken 1 und 2 aus unter Einwirkung des Lichtbogens gasabgebendem Baustoff, die in einem Abstand voneinander in einem Tragkörper 3 angeordnet sind. Auch die übrigen Teile der Anordnung entsprechen denjenigen der Fig. 1. Abweichend ist dagegen, dass an dem Rohrstück 2 ein Ringschieber 12 gleitbar gelagert ist, der unter dem Einfluss einer Feder 14 steht, eine Druckfläche 13 für den Angriff der Schaltgase, z. B. in Form einer konischen Abdrehung, aufweist und sich in der Ruhestellung auf dem das Rohrstück 1 tragenden Teil des Gehäuses 3 abstützt. Der Ringschieber 12 kann ebenfalls aus gasabgebendem Stoff bestehen und selbstverständlich auch an dem andern Rohrstück 1 oder auch an den Wandungen des Gehäuses 3 geführt sein.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende : Beim Abschalten eines Stromes von beliebiger Grösse wird zunächst aus dem Rohrstück. 1 eine Löschgasmenge freigemacht. Die gebildeten Druckgase heben den Schieber 12 mehr oder weniger an, und es findet durch den freigewordenen Ringspalt eine Blasung statt, die die Lichtbögen grosser und auch verhältnismässig kleiner Ströme zum Erlöschen bringt. Bei den ganz kleinen Strömen dagegen bleibt der Schieber 12 geschlossen und die für die Abschaltung dieser Ströme erforderliche Druckgasbildung nimmt ihren ungehinderten Fortgang, bis die Spitze des beweglichen Schaltgliedes das Löschrohr verlässt.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ebenfalls der Gasbildungsraum von der Zwischenblaskammer durch einen Ringschieber getrennt ist. Jedoch erfolgt die Steuerung des Ringschiebers in Abhängigkeit von dem zu unterbrechenden Strome. Zu diesem Zweck ist der unter dem Einfluss der Rückholfedern 14 stehende Ringschieber 12 mit einem Magnetanker 15 versehen, der mit einer Magnetspule 16 zusammenarbeitet, die vom Abschaltstrom oder auch von einem ihm verhältnisgleicherj schwächeren Strom durchflossen wird, wie der in Fig. 4 eingezeichnete Stromverlauf erkennen lässt. Der Abschaltstrom erzeugt in der Spule 16 ein mehr oder weniger starkes Feld, wodurch der Ringschieber 12 über den Anker 15 entgegen der Wirkung der Druekfedern 14 mehr oder weniger stark gelüftet wird.
In Fig. 5 ist schliesslich im Schaubild eine Einzelheit einer abgewandelten Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 4 gezeigt, bei der eine Spule, durch die der Abschaltstrom hindurchgeleitet wird, in Fortfall kommt. Statt dessen wirkt der bewegliche Schaltstift als magnetisierender Leiter, der auf einen das Löschrohrstück 2 umschliessenden, doppelt aufgeschnittenen Ring 17 aus lamelliertem Eisen einwirkt. In die Schlitze 18, 19 des Ringes 17 ragen zwei entsprechend bemessene Zapfen 20, 21 eines Ankers 15, zweckmässig ebenfalls aus lameliiertem Eisen, hinein, der auf dem Ringschieber 12 aufsitzt und mit diesem fest verbunden-ist.
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Die Anordnung wirkt in der Weise, dass der Abschaltstrom, wenn er in dem beweglichen Schaltglied die durch den Pfeil 22 gekennzeichnete Richtung aufweist, in dem Ringkörper 17 einen Kraftfluss in Richtung des Pfeiles 23 hervorruft. Dieser sucht sich in den Schlitzen 18, 19 möglichst über Eisen zu schliessen und zieht dabei die Zapfen 20, 21 in die Schlitze hinein, wodurch der Schieber 12 in Richtung des Pfeiles 24 angehoben wird. Auf diese Weise wird vorzugsweise unter Benutzung von Rückholfedern die gleiche Wirkung erreicht wie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Schalter mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas, das durch den Abschaltlichtbogen aus den Wandungen eines vorzugsweise röhrenförmigen, einseitig verschlossenen Schaltraumes freigemacht wird, die aus unter der Lichtbogeneinwirkung gasabgebenden Stoffen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Löschkanal aus dem unter Hitzeeinwirkung gasabgebendem Werkstoff, durch welchen in bekannter Weise die Spitze des beweglichen Schaltgliedes (7) beim Abschalten hindurchgezogen wird, durch eine Zwischenblaskammer (4) in zwei Teile zerlegt ist, von denen das dem festen Kontakt (6) benachbarte Kanalstück (1) die für die Löschung grosser Ströme erforderliche Länge aufweist, während beide Kanalstück (1, 2)
zusammen die für die Löschung kleiner Ströme notwendige Kanallänge ergeben (Fig. 1).