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Elektrischer Stromunterbrecher.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Fig. 1-5 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Röhrenschaltern in schematischer Darstellung und im Längsschnitt. In Fig. 6 ist ein Teil der Anordnung nach Fig. 5 in vergrössertem Massstab veranschaulicht.
Die Fig. 7-9 zeigen weitere Ausführungsformen von Schaltern. Fig. 10 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 9. Aus den Fig. 11 und 12 sind weitere Ausführungen von Schaltern zu ersehen, während Fig. 13 eine Seitenansicht zu Fig. 12 darstellt. Die Fig. 14-16 zeigen eine besondere Löschvorrichtung im Längsschnitt bzw. Horizontalschnitt bzw. in verkleinertem Massstabe. In Fig. 17 ist schliesslich ein Schalter dargestellt, bei dem das Zusammenarbeiten zweier
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und 2 gezogen. Der Schaltraum wird durch ein mit dem bewegten Schaltstück 2 verbundenes Isolier- füllstück 9 derart verengt, dass der Lichtbogen in dem engen Ringraum zwischen den Teilen 5 und 9 brennen muss.
Die dabei entstehenden Gase werden bis auf einen möglichst geringen Bruchteil, der durch den Bewegungsspielraum zwischen dem Kontakt 2 und der Röhre 5 entweicht, in dem Raum 8 aufgespeichert, den ein Gehäuse 20 umschliesst. Die nur schematisch angedeuteten Stromanschlüsse sind mit 4 und 14 bezeichnet. Die Schaltröhre ist von einer bestimmten Stelle 3 ab allmählich oder stufenweise erweitert. Sobald das Ende des Kontaktes 2 die Stelle 3 passiert, beginnt eine Ausströmung der Gase, und es erfolgt eine wirksame Beblasung des Lichtbogens, der zwischen den Teilen 5 und 9 eingeengt brennt. Es wird also eine Vor-Ausströmung der Löschgase nach einem bestimmten Schaltweg durch Erweiterung der Röhre 5 erreicht.
Dadurch wird der Druck, unter dem der Lichtbogen brennt, verringert und dadurch die Lichtbogenarbeit verkleinert. Infolgedessen wird auch der Abbrand der Isolierteile auf das durch die Druckgaserzeugung bedingte Mass beschränkt. Diese Wirkung wird noch dadurch erhöht, dass die Vor-Ausströmung die Lichtbogenlöschung früher herbeiführt, als sie eintreten würde, wenn die Blasung erst beim Austritt des Schaltstiftes aus der Röhre 5 erfolgte. Der obere Teil der Schaltröhre 5 kann aus stärker gasabgebenden Stoffen bestehen, da die Löschung grosser ströme in der Regel durch die Vor-Ausströmung erfolgt, so dass der Grossstromlichtbogen mit dem oberen Teil der Wandungen nur wenig in Berührung kommt. Es können also infolge erhöhter Vergasung keine unerwünscht hohen Drücke auftreten.
Bei kleinen Strömen, die durch Vor-Ausströmung eventuell nicht gelöscht werden, ergibt die zusätzliche Vergasung eine bedeutende Heraufsetzung der Löschfähigkeit.
Anstatt die Schaltröhre wie in Fig. 1 über den ganzen Umfang zu erweitern, kann man auch einzelne über den Umfang der Schaltröhre 5 oder des Schaltstückes 2 verteilte Rillen oder Kanäle zur Erzielung der Vor-Ausströmung anbringen oder auch das Schaltstück 2 in seinem unteren Teil verjüngen.
Zur Herstellung der Sehaltrohren und Füllstifte eignen sich besonders Kunstharzstoffe, die als Aminoplaste oder Carbamidharze bezeichnet werden und durch Kondensation von Harnstoff bzw.
Thioharnstoff mit Formaldehyd gewonnen werden. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit werden diese Stoffe mit geeigneten Füllstoffen versehen.
Fig. 2 stellt die Schaltstelle eines Ringraum-Füllschalters dar, die in besonderer Weise zur Verringerung des Abbrandes der Isolierteile ausgestaltet ist. Der tulpenförmige Kontakt 1 befindet sich in einem durch eine Schaltröhre 5 abgeschlossenen Gasraum 8. Der bewegte Kontakt 2 ist rohrförmig
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entsteht der Lichtbogen zwischen dem Rohrkontakt 2 und dem Abbrennring 6. Bei grossen Strömen erfolgt die Löschung infolge hoher Energieabgabe verhältnismässig rasch, etwa bevor der Rohrkontakt 2 die halbe Länge der Röhre 5 durchlaufen hat. Sowohl die Röhre 5 als auch der Stift 9 sind deshalb im unteren Teil, also an den Stellen grösster thermischer Beanspruchung, besonders für Grossstromlöschungen eingerichtet.
Zur Verminderung der Gasbildung und des Abbrandes ist die Schaltröhre im unteren Teil 7 erweitert und der Stift 9 in dem Teil 10 verjüngt. In andern Fällen genügt es, wenn entsprechende Massnahmen nur an der Röhre 5 oder nur am Stift 9 getroffen werden. Kleine Ströme werden an der Grossstromstelle nicht gelöscht. Ihre Löschung erfolgt erst bei der Weiterbewegung des Rohrkontaktes an der Kleinstromstelle zwischen dem erweiterten Stiftteil n und dem Rohrenteil j.
Hier wird eine intensive Löschwirkung erzielt, indem der Schlitz zwischen den Teilen 11 und 12 möglichst eng gemacht wird. Eine weitere Vervollkommnung der Löschwirkung und Anpassung des Abbrandes an das unbedingt erforderliche Mass lässt sich dadurch erreichen, dass für die Wandungs-
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Vergasungsfähigkeit verwendet werden. Besonders günstig ist es, die Wandungsteile 7 und 12 der Schaltröhre aus nicht gasabgebenden Stoffen herzustellen, die auch nicht abbrennen, während die Füllstiftteile 10 und 11 aus gasabgebenden, also sich aufbrauchenden Stoffen bestehen. Dabei ist es günstig, für 11 einen stark gasabgebenden Stoff zu wählen, während für 10 ein mechanisch widerstandsfähiger Stoff mit verhältnismässig geringer Gasabgabe vorteilhaft ist.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform veranschaulicht, bei der die Beeinflussung des Abbrandes durch getrennte Bewegung des Kontaktes 2 und des Füllstückes 9 erfolgt. Es handelt sich hiebei um einen Hochleistungsschalter, der durch die Reihenschaltung und das Zusammenwirken einer Füllschaltstelle und einer Luftbrennstelle arbeitet. Die Füllschaltstelle besteht aus den sich trennenden
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Schaltstift 2 wird von der Welle 21 über den Isolierpleuel 22, der Füllstift 9 entsprechend von einer Welle 23 über einen Isolierpleuel 24 angetrieben. Die Verlängerung 25 des Füllstiftes ist selbst als Trennschaltstift ausgebildet, so dass die Füllbewegung gleichzeitig der Schaffung einer Lufttrennstrecke dient. Der Gegenkontakt 26 des Trennschalter ist an einem Isolator 27 befestigt.
Der Schaltstift 2 und der Füllstift 9 sind über die Wellen 21 und 23 gekuppelt, jedoch derart, dass eine gewisse Unabhängigkeit der Bewegungen beider Teile gewahrt bleibt. Die hiezu erforderlichen elastischen Zwischenglieder können entweder in das Kupplungsgestänge der Wellen 21 und 23 eingefügt oder auch am Fall-oder Schaltstift angeordnet werden. Dargestellt ist die letztere Anordnung, da sie die kürzeste Lichtbogendauer, besonders bei Grossstromschaltungen, ergibt. Der Pleuel 22 greift hiebei an einer Führungshülse 28 an, in der der Schaltstift beweglich angeordnet ist. Ein Bund 29 am Schaltstift wird durch die Feder 30 gegen den Mitnehmer 31 der Führungshülse gedrückt.
Bei Leerschaltungen und Abschaltungen kleinerer Ströme wird der Schaltstift 2 zwangläufig von dem Pleuel 22 aus der Schaltröhre 5 herausbewegt. Der Füllstift 9 folgt, von der Welle 23 angetrieben, in geringem Abstand nach. Bei grossen Strömen wird im Kontaktraum der Gasdruck gesteigert, so dass der Schaltstift 2 gegen die Kraft der Feder 30 zusätzlich beschleunigt wird, wobei der Bund 29 sich von dem Mitnehmer 31 abhebt. Das Schaltstüek 2 erreicht dabei seine Endlage, bevor der Antrieb seine Bewegung vollführt hat. Infolge der zusätzlichen Geschwindigkeit des Schaltstiftes wächst der Abstand zwischen dem Füll-und dem Schaltstift, so dass der Abbrand gering bleibt. Ferner erreicht der Schaltstift die zur Löschung erforderliche Entfernung vom Gegenkontakt 1 schneller, so dass die Lichtbogendauer verringert wird.
Die leitende Verbindung zwischen den Teilen 2 und 14 bzw. 25 und 20 erfolgt durch Strombänder, die an Gelenken 32 und 33 geführt sind.
Um die Antriebsteile vor den sehr heissen, austretenden Schaltgasen zu schützen, sind die Antriebsteile in einem durch die Dichtung 34 abgeschlossenen Raum 35 angeordnet. Die Gase strömen um den Antriebsraum herum und können dort ihre thermische und mechanische Energie an Kühler und Schalldämpfer abgeben.
Damit keine Schaltgase an die Lufttrennstelle gelangen können, ist eine Labyrinthdichtung 36 vorgesehen, die vorteilhafterweise möglichst lang gemacht wird und bei der bei der Vorwärtsbewegung des Stiftes 9, 25 immer mehr Labyrinthringe in Tätigkeit treten.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit Verringerung des Abbrandes durch Vor-Ausströmung des Druckmittels ; jedoch wird hier die Vor-Ausströmung nicht in Abhängigkeit vom Schaltweg, sondern druckabhängig eingeleitet. Zu diesem Zweck ist am oberen Ende der Schaltröhre 6 ein Ventil 40 angeordnet, das unter Federdruck geschlossengehalten wird. Die Federn 41 sind so bemessen, dass sich das Ventil öffnet, wenn in der Schaltröhre der für die Lichtbogenlöschung erforderliche Überdruck herrscht, was an sich bei Schaltern anderer Bauart bekannt ist.
In der gezeichneten Einschaltstellung geht der Strom von dem Schaltstift 2 auf den festen Kontakt 1, der mit der Stromzuführung 4 verbunden ist. Beim Ausschalten bewegt sich das Schaltstück 2 nach oben und zieht dadurch den zwischen den Kontaktflächen entstehenden Lichtbogen in die Schaltröhre 5 hinein, wobei der Lichtbogen unter Mitwirkung des Füllstückes 9 gegen die gasabgebenden Wandungen dieser Teile gepresst wird. Die auf diese Weise erzeugten Gase bzw. Dämpfe bewirken eine Drucksteigerung, bis derjenige Druck erreicht ist, bei dem das Ventil 40 sich selbsttätig öffnet. Dadurch können die aufgespeicherten Gase abströmen und bewirken hiebei die Löschung des Unterbrechungslichtbogens.
Der Beginn der Löschmittelströmung ist also von dem in der Schaltkammer herrschenden Druck abhängig, so dass sich stets die günstigsten Strömung-und Expansionsverhältnisse ergeben und der Abbrand der Isolierteile 5 und 9 möglichst gering wird.
Wie man aus Fig. 4 ersieht, ist die Gaserzeugungsvorrichtung derart angeordnet, dass sie selbst die Lichtbogenlöschung unterstützt, u. zw. in erster Linie dadurch, dass der Lichtbogen in der Gaserzeugungsvorrichtung auf genügende Länge in einen engen Schlitz gezogen wird. Durch entsprechende Bemessung des Schlitzes zwischen den Teilen 5 und 9 lässt sich der gewünschte Grad der Gaserzeugung einstellen, da die Weite des Ringspaltes massgebend für die Auswirkung der Lichtbogenenergie auf die Gaserzeugung ist. Macht man nämlich den Spalt verhältnismässig eng, so wird die Lichtbogenenergie gross ; es werden also viel Gase erzeugt und die Löschung insbesondere auch bei kleinen Strömen begünstigt. Wenn man den Spalt weiter macht, so werden wenig Gase erzeugt und die in dem Spalt vorhandene Luft entsprechend stärker erwärmt.
Die Abnutzung der Wandungen des Schaltraumes ist dabei geringer.
Es ist zweckmässig, durch Anbringen eines Anschlages od. dgl. an dem Schaltstift 2 dafür zu sorgen, dass das Schaltstück nach Zurücklegen eines bestimmten Ausschaltweges das Ventil 40 zwangsläufig öffnet. Hiedurch wird einerseits sichergestellt, dass auch bei Störungen an dem Ventil die Abströmung der Gase und die Unterbrechung des Stromes erfolgt, und anderseits wird eine längere Öffnungsdauer des Ventils erreicht, die den völligen Abzug der Gase aus dem Schalterinnern erleichtert.
Man kann sogar so weit gehen, das Ventil während der ganzen Öffnungsdauer des Schalters offenzuhalten und es erst wieder beim Einschalten sich schliessen zu lassen.
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Während bei dem Schalter nach Fig. 4 das Ventil 40 dazu dient, den normalen Strömungsvorgang des Löschmittels einzuleiten, ist in den Fig. 5 und 6 eine Anordnung dargestellt, bei. der eine ähnliche Ventilanordnung vorgesehen ist, die jedoch nur als zusätzliches Mittel zur Druckbegrenzung zwecks Verringerung des Abbrandes und zur Entlastung der Schalterteile dient. Während die normale Lösehgasströmung durch Herausziehen des Schaltstiftes aus der Schaltröhre eingeleitet wird, sind die Ventile so bemessen, dass sie erst bei einem Druck ansprechen, der oberhalb des Betriebsdruckes liegt, und dann im wesentlichen innerhalb der Zeit einer Halbperiode des zu unterbrechenden Stromes nach Auftreten des Ansprechdruckes, d. h. plötzlich grosse Ausströmquerschnitte freigeben.
Hiedurch wird eine sehr starke Heraufsetzung des Grenzstromes des Schalters möglich, da gefährliche Druckerhöhungen so schnell abgeleitet werden, dass die Gefahr einer Sprengung der Schaltröhre nicht auftreten kann und der Abbrand der Isolierteile stark herabgesetzt wird. Ferner wird auch die Lichtbogenlösehung selbst gefördert,'da die plötzliche intensivere Abführung der ionisierten Gase einen zusätzlichen Löscheffekt herbeiführt, so dass der Schalter noch Ströme unterbrechen kann, die mit der Schaltröhre an sich nicht mehr zu bewältigen wären.
Besonders zweckmässig ist es, als Ansprechdruck für die Druckentlastungsvorrichtung denjenigen Wert einzustellen, der sich eine Halbwelle nach der Kontakttrennung bei einem Strom von etwa 30 bis 50% des Maximalstromes-des Schalters einstellt. Dies hat den Vorteil, dass beim Maximalstrom die Zeit, bis zu der die Druckentlastung auftritt, jedenfalls kleiner ist als zwei Halbwellen. Die Beanspruchung der Sehaltröhre, die Löschzeit und der Abbrand der Isolierteile werden dadurch auf einen bestimmten eindeutig definierten Wert begrenzt, was besonders deswegen von Bedeutung ist, weil der Druck im Schaltraum mit dem Quadrat der Lichtbogendauer zunimmt.
Im einzelnen zeigt Fig. 5 einen Schalter mit einer aus gasabgebenden Stoffen bestehenden Isolierröhre 5, dem festen Kontakt 1 und dem bewegten Schaltstift 2, der am Ende ein Isolierfüllstück 9 trägt.
Die Schaltröhre 5 ist nach oben durch eine Dichtung 50 abgeschlossen, so dass die Gase nicht auf den oberhalb befindlichen Trennschalter treffen können, sondern bei 51 in einen Kamin geführt werden.
Der Gasaustritt erfolgt aus dem Kamin nach oben, der Einbau von Kühlkörpern, z. B. Rasehig- ringen oder Kühlrippen, ist möglich. Die Gelenke 53 und 54 dienen gleichzeitig zur Stromführung.
Sie sind nach Art von Trennschaltergelenken ausgebildet.
Der untere Teil des Schalters ist in Fig. 6 vergrössert dargestellt. Die durch den Lichtbogen bei der Kontakttrennung gebildeten Gase gelangen aus dem Raum 8 durch Schlitze 55 an eine Ringfläche 56. Dadurch wird der Schieber 57 entgegen dem Druck einer Feder 58 nach abwärts bewegt.
Die Feder hat eine solche Vorspannung, dass die Vorrichtung erst auf einen bestimmten hohen Druck anspricht. Die Abwärtsbewegung des Schiebers 57 hat zur Folge, dass die Gase durch die Schlitze 59 und 60 in den durch die Hülle 61 gebildeten Raum abströmen und dadurch eine intensive Druck- entlastung herbeiführen, die gleichzeitig die Löschung unterstützt und den Abbrand der Teile 5 und 9 verringert. Die Ausströmung erfolgt nicht an den Dichtungsflächen, die daher geschont werden. In der Hülle 61 befinden sich Kühlrippen 62 und gegebenenfalls kleine Austrittsöffnungen, durch welche die nichtkondensierten Gase allmählich entweichen können.
Zum Antrieb des Schalters dient ein Gestänge, durch welches eine Geradführung des Schaltstiftes 2 erreicht wird ; der Pleuel 63, der im Punkt 64 an dem Schaltstift 2 angreift, ist um eine etwa horizontal wenig bewegte Achse 65 schwenkbar. Der Antrieb erfolgt durch eine Kurbel 66 im Uhrzeigersinn. Mit dem Schaltstiftantrieb ist ein Trennschalter gekuppelt, der das Schaltmesser 67 und den Gegenkontakt 68 besitzt. Der Antrieb der Trennstelle erfolgt derart, dass sie erst kurz vor dem Ende der Löschbewegung geöffnet wird.
Bei waagrechter Zwischenstellung der Lasche 69 geht das Messer 67 tiefer in den Kontakt 68 hinein, um in der strichpunktiert angedeuteten Endstellung 70 die Lage 71 einzunehmen. 72 ist ein Gummipuffer, um das Schaltstück 2 abzufangen, da die Ausschalt- bewegung infolge Drucksteigerung im Gasraum 8 sehr heftig erfolgen kann. Das Schaltmesser kann gegabelt ausgeführt werden, um an dem Puffer vorbeizukommen. Das Antriebsgestänge ist in einem
Schlitz zwischen zwei nebeneinanderliegenden Kaminen 52 angeordnet.
Es ist vorteilhaft, den Gasraum 8 über ein Rückschlagventil mit einer Fremdgaszuleitung zu verbinden, so dass bei kleinen Strömen eine zusätzliche Zuführung von Druckgas von ausserhalb möglich ist.
Eine derartige Druekentlastungsvorrichtung kann auch dazu benutzt werden, um durch nachtäglichen Anbau an Schalter, die vorher keine derartige Vorrichtung besassen, deren Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Wenn z. B. ein Schalter, bei dem das eine Ende der Schaltröhre dicht verschlossen ist, mit Rücksicht auf die Druckbeanspruchungen eine bestimmte Höchstlast abschalten kann, so wird er durch Anbau einer Druckentlastungsvorrichtung befähigt, wesentlich höhere Leistungen ohne Ver- grösserung der Druckbeanspruchung abzuschalten.
Man kann auch, wie die Fig. 7 und 8 zeigen, den Abbrand der Isolierteile dadurch verringern, dass man mit der gaserzeugenden Unterbrechungsstelle eine weitere Schaltstelle in Reihe legt, die die
Lichtbogenenergie an der ersteren vermindert. Besonders zweckmässig wird die Anordnung, wenn die zweite Schaltstelle durch die an der ersten erzeugten Druckgase lichtbogenlöschend beblasen wird,
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was an sich bei Schaltern anderer Bauart bekannt ist. Hiedureh erhält man eine doppelte Ausnutzung der Druckgas, da sie an beiden Schaltstellen die Stromunterbrechung unterstützen. Infolgedessen wird der Abbrand der gaserzeugenden Isolierteile sehr gering. In Fig. 7 wird diese Wirkung durch Kombination eines Füllsehalters mit einem Druckgasdüsenschalter erzielt.
Die Düsenschaltstelle besitzt den feststehenden Kontakt 91 und den stiftförmigen Gegenkontakt 92. Die eigentliche Düse 93 besteht im vorliegenden Fall aus Metall, kann jedoch auch aus Isolierstoff bestehen und dichtet in der gezeichneten Einschaltstellung den von dem Isolator 94 gebildeten Schaltraum 95 nach aussen ab. Das Schaltstück 92 besitzt in seinem unteren Teil eine weitere Kontaktstelle 96, die mit dem feststehenden Gegenkontakt 97 in Berührung steht. Die Stromanschlüsse erfolgen bei 98 und 99.
Unterhalb des Kontaktes 97 befindet sich eine Röhre 100 aus gasabgebendem Isolierstoff. Ebenso ist der mittlere Teil des Schaltstückes 92 mit einem Belag 101 aus gasabgebendem Isolierstoff versehen. Das Schaltstück 92 besitzt gegenüber dem Kontakt 91 bzw. der Abdichtungsstelle 102 der Düse 93 eine derartige Überschleifung, dass der Kontaktschluss und die Abdichtung des Schaltraumes 95 noch nach Trennung der Kontakte 96 und 97 eine gewisse Zeit lang aufrechterhalten wird.
In der gezeichneten Einschaltstellung fliesst der Strom von dem Anschluss 98 über den Kontakt 97 zu dem kontaktgebenden Teil 96 des Schaltstückes 92 und von dessen oberem Teil aus durch den Kontakt 91 in die Düse 9'3 und Schalldämpfer 103 zur Ableitung 99. Die beiden Kontaktstellen 96,97 bzw. 91, 92 sind also in Reihe geschaltet.
Wenn beim Ausschalten das Schaltstück 92 in Richtung des Pfeiles 104 nach unten gezogen wird, so tritt zunächst eine Kontakttrennung zwischen 96 und 97 ein. Der entstehende Unterbrechungliehtbogen wird in die Röhre 100 hineingezogen und durch den nachfolgenden Isolierbelag 101, der sich als Füllstück in die Röhre 100 einschiebt, in einen Ringspalt gezwängt, in welchem er in innige Berührung mit den Wandungen 100 und 101 gelangt, so dass eine intensive Gaserzeugung aus diesen
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geschlossen und abgedichtet, so dass sich die erzeugten Gase in dem Schaltraum 95 sammeln, bis der Kontakt 92 seinen Gegenkontakt 91 verlässt und ein zweiter Unterbrechungslichtbogen gezogen wird, der durch die nunmehr aus dem Schaltraum 95 unter hohem Druck durch die Düse hindurch expandierenden Gase gelöscht wird.
Bei kleinen Strömen wird die Löschung im allgemeinen bereits vor dem Öffnen der Düsenschaltstelle in der Schaltröhre erfolgt sein, so dass an der Düsenschaltstelle in diesem Falle überhaupt kein Lichtbogen entsteht. Der Schalter wirkt also hier praktisch wie ein Füllschalter. Bei grossen Strömen dagegen ist die Wirkung ähnlich der eines Druckgasdüsenschalters mit Fremdgas, eine Anordnung, die sich zur Löschung grosser Ströme bis zu den höchsten Leistungen als besonders zweckmässig erwiesen hat. Der Abbrand der gasabgebenden Isolierteile wird hiebei denkbar gering.
In manchen Fällen kann es zweckmässig sein, zur Unterstützung der Kleinstromlösehung zusätzlich Druckgas von aussen zuzuführen, u. zw. bei allen Schaltern nach dem Hauptpatent. Dieses Druckgas kann dazu verwendet werden, auch die Gaserzeugungsvorrichtung von Abgasen und sonstigen Lichtbogenprodukten zu reinigen.
Dadurch, dass der Belag 101 einen grösseren Durchmesser besitzt als das Schaltstück. 92, wirkt der Druck der Gase in dem Schaltraum 95 auf die Schaltbewegung beschleunigend, indem die obere Stirnfläche des Belages 101 als Kolben wirkt.
Bei dem Schalter nach Fig. 8 erfolgt zum Unterschied von Fig. 7 das Öffnen der Düsenschaltstelle selbsttätig in Abhängigkeit von dem im Schaltraum 95 herrschenden Gasdruck. Der düsenförmige Kontakt 105 bildet einen Ventilkörper, der unter der Wirkung der Feder 106 steht und einen als Ventilkegel dienenden Gegenkontakt 107 besitzt. Dieser ist vermittels Rippen 108 befestigt, die durch Schlitze des rohrförmigen Schaltstückes 2 greifen. Das Schaltstück 2 hebt in der gezeichneten Einschaltstellung den Düsenkontakt 105 von dem Kontakt 107 ab, so dass zwischen den Teilen 2 und 105 ein Druckkontakt zur direkten Stromübertragung entsteht und das Innere des Schaltraumes 95 mit der Aussenluft in Verbindung steht.
Wenn beim Ausschalten der Rohrkontakt 2 nach unten bewegt wird, kommt die Düse 105 in Berührung mit dem Gegenkontakt 107 und schliesst den Schaltraum gasdicht ab. Das Schaltstück 2
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menge erzeugt. Sobald der erforderliche Druck in dem Schaltraum 95 vorhanden ist, wird die Gegenkraft der Feder 106 überwunden und die Düse 105 bewegt sich nach oben, gibt den Ausströmweg für die Gase frei und zieht gleichzeitig zwischen sich und dem Kontakt 107 einen weiteren Lichtbogen, der durch die ausströmenden Gase beblasen und gelöscht wird. Diese Anordnung hat den besonderen Vorteil, dass sich die günstigste Lösestellung der Kontakte sofort beim Ansprechen des Ventils ergibt.
Auch hier wird die Abnutzung der Isolierteile 5 und 9 durch die Doppelausnutzung der Schaltgase wesentlich verringert.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 9 dargestellt ist, besteht darin, Regel- vorriehtungen anzuordnen, die die Druckmittelerzeugung aus den gasabgebenden Teilen bei grösseren
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Strömen beschränken und damit den Abbrand dieser Teile unmittelbar verringern. Zu diesem Zweck erfolgt, ähnlich wie bei Fig. 3, die Verengung der Lichtbogenbahn durch ein Isolierfüllstück 9, das dem Schaltstift 2 in die aus gasabgebenden Stoffen bestehende Isolierröhre 5 nachfolgt. Da eine Feder 110 die Bewegung des Füllstückes 9 steuert, so dringt letzteres je nach dem in der Schaltkammer 8 herrsehenden Druck mehr oder weniger in die Röhre 5 ein.
Hiedurch wird erreicht, dass ein entsprechend längerer oder kürzerer Teil des Lichtbogens zwischen den Wandungen der Teile 5 und 9 eingequetscht wird. Infolgedessen stellt sich, da das Einquetschen des Lichtbogens seinen Spannungsgradienten erhöht, die Lichtbogenspannung und damit auch die Lichtbogenenergie bei grösseren Strömen selbsttätig auf einen kleineren Wert ein, denn bei grossen Strömen wird der Druck im Schaltraum grösser, der Füllstift 9 schiebt sich nicht so weit in die Schaltröhre 5 und engt nur einen kleinen Teil der Lichtbogenbahn ein.
Die vorteilhafte Wirkung dieser Massnahme soll an Hand der Fig. 10 klargestellt werden. Wie die Kurven a und b zeigen, nimmt bei Schaltern, bei denen das Druckmittel durch einen im Schalterstromkreis liegenden Lichtbogen erzeugt wird, der Druck in der Schaltkammer bei grossen Strömen sehr stark zu. Die Abhängigkeit des Druckes p von der Stromstärke J ist ungefähr eine quadratische. Dies ist insofern nachteilig, als entweder bei kleinen Strömen die Druckerzeugung für eine wirksame Lichtbogenlöschung zu gering wird (Kurve a) oder, wenn man z. B. durch Verkleinerung der Druckkammer den Druck bei kleinen Strömen steigert (Kurve b), die Drucksteigerung bei grossen Strömen so hoch wird, dass die Druckkammer zersprengt wird. Die Regelung der Lichtbogenenergie in Abhängigkeit vom Strom bzw.
Druck ermöglicht es, die Anordnung so zu treffen, dass die Abhängigkeit des Druckes von der Stromstärke nach Kurve o der Fig. 10 verläuft, die im unteren Bereich sich der Kurve b anschmiegt, jedoch dann viel weniger ansteigt als diese und im weiteren Verlauf sogar unterhalb der Kurve a bleibt.
Eine derartige Regelvorrichtung kann auch bei einem Schalter nach Fig. 7 angebracht werden.
Es ist hiezu nur erforderlich, die aus gasabgebenden Stoffen bestehende Isolierröhre 100. derart elastisch zu lagern, dass sie sich unter dem Druck der Gase in der Kammer 95 mehr oder weniger nach unten bewegt und dadurch einen mehr oder weniger grossen Teil des Heizlichtbogens einquetscht.
Anstatt durch teilweises Einquetschen des Lichtbogens kann man die Druckmittelerzeugung auch durch Veränderung der Länge des Lichtbogens regeln, z. B. in der Weise, dass man die Entfernung der den Gaserzeugungslichtbogen führenden Elektroden von der Stromstärke abhängig macht.
Die Fig. 11-15 zeigen Ausführungsformen, bei denen der Abbrand der Isolierteile durch Vergleichmässigung ihrer Beeinflussung durch den Lichtbogen vermittels magnetischer Felder verringert wird. Diese Anordnungen eignen sich besonders als Zusatzeinrichtungen für Trennschalter, um diese zur Leistungsschaltung zu befähigen. Die Form entsprechend Fig. 11 ist vorzugsweise für Schubschalter gedacht, also für Schalter mit geradliniger Längsbewegung des Schaltstücks. Die Zusatzeinrichtung
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bis 16 beziehen sich hauptsächlich auf Einrichtungen für Schalter mit. horizontaler oder auch vertikaler Schwenkbewegung des Schaltstücks.
In Fig. 11 besitzt der feststehende Füllstift 9 eine Seele 113 aus magnetischem Material, insbesondere Eisen, und die Schaltröhre 5 ist von einer Magnetspule 114 konzentrisch umgeben, die in einem topfartigen Eisenkörper 115 sitzt. Die Wicklungsenden der Spule 114 sind an die Kontakte 1 bzw. 116 angeschlossen. Der ringförmige Teil 117 bildet den magnetischen Gegenpol zu dem Stift 113. Der Lichtbogen wird zwischen den Kontakten 1 und 2 im ringförmigen Raum zwischen der Röhre 5 und dem Fiillstift 9 gezogen. Er wird sofort von dem Endkontakt 116 übernommen, so dass der Strom durch die Spule 114 fliessen muss. Der entstehende magnetische Fluss geht durch die Stiftseele 113, den Körper 115 und den Pol 117.
Er durchsetzt zwischen den Polen 117 und 113 den ringförmigen Schaltraum radial und zwingt den Lichtbogen, in diesem Raum zu rotieren. Die Ringraumwandungen bestehen aus gas-oder dampfabgebenden Stoffen. Die Rotation des Lichtbogens bewirkt eine Schonung dieser Wandungen und eine Verringerung ihres Abbrandes. Es ist auch möglich, fremd-
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Lichtbogen zu einer Querschwingung gezwungen.
In Fig. 12 und 13 wird das Schaltmesser. 2 in einem Spalte zwischen gasabgebenden Wänden ! ? gezogen. Um eine innigere Berührung des Lichtbogens mit diesen Wandungen zu erreichen und den Lichtbogen gleichzeitig zu längen, ist eine Blasspule 114 vorgesehen, die im Einschaltzustand kurzgeschlossen ist und erst wirksam wird, wenn sich das Schaltmesser vom Endkontakt 116 trennt. Die Eisenteile 120 und 121 konzentrieren den magnetischen Fluss auf den Spalt 118. Dieser Fluss treibt nun den Lichtbogen in die taschenartigen Spalten 122. Die Rippe 123 unterstützt die weitergehende Längung des Lichtbogens. Es können statt einer Rippe 123 auch mehrere Rippen angewandt werden.
Die Taschen 122 sind vorteilhafterweise noch enger als der Schaltraum IM, so dass der Lichtbogen in innige Berührung mit den Wandungen gelangt. Die Taschen 122 können auch Öffnungen aufweisen, durch die die sich bildenden Gase entweichen können. Dieser Gasstrom würde dann in gleicher Richtung wie das magnetische Feld den Lichtbogen beeinflussen. Bei dieser Anordnung ist jedoch die Beblasung
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des Lichtbogens nicht so günstig wie in Fig. 11, da das Gas dauernd abströmen kann und nicht schlagartig, nachdem der Lichtbogen die gewünschte Länge erreicht hat.
Die Anordnung nach Fig. 14-16 zeigt einen Weg, um diesen Mangel zu beseitigen. Er kann mit Vorteil zusammen mit den in Fig. 12 und 13 dargestellten Massnahmen angewandt werden. Fig. 15 ist ein Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 14. Am Schaltstück 2, dessen Ende den Schaltraum 118 möglichst ausfüllt, ist ein Isolierkörper 125 befestigt, der durch einen Winkelstützer 126 versteift ist.
Er hat die Form eines Kreisbogens um den Drehpunkt des Schaltstückes 2 und gleitet in den entsprechend geformten Rillen 127 in den Wandungen 119 des Schaltraumes. Er deckt dadurch den Schlitz 118 ab, durch den das Schaltstück in den Schaltraum eindringt. Es entsteht also der Lichtbogen in einem allseitig möglichst dicht abgeschlossenen Raum. Darin werden zunächst aus den Wandungen Gase gebildet und auf hohen Druck gebracht. Die Löschblasung kann sowohl am festen als auch am beweglichen Lichtbogenfusspunkt erfolgen und lässt sich durch die Bemessung der Längen der Isolierwandungen 119 bzw. 125 regeln.
Fig. 16 zeigt den für die Löschung günstigen Fall, bei dem beide Fusspunkte gleichzeitig durch die Gasstrahlen 128 und 129 beblasen werden. Es ist auch möglich, das Isolierstück 126 durch einen besqnderen Antrieb oder durch Federn zu bewegen. Dann kann bei der Blasung sofort eine Lufttrennstrecke geschaffen werden. Das Isolierstück kann ferner in den Schaltraum 118 selbst hineinragen und ihn auf ein bestimmtes Mass verengen.
In Fig. 17 ist ein Schalter dargestellt, bei welchem ähnlich wie bei Fig. 7 zwei Schaltstellen in Reihe geschaltet sind. Die Anordnung ist auch hier als Schubschalter ausgebildet, jedoch sind beide Schaltstellen 130 und 131 hinsichtlich ihrer Löschvorrichtungen voneinander unabhängig. Das besondere Kennzeichen dieses Schalters besteht darin, dass die Kontaktstelle 130, die bei Schubschaltern sonst nur zur Stromübertragung von der Schubstange auf den feststehenden Stromanschluss dient, als Leistungsschaltstelle ausgebildet ist.
Die Unterbrechungsstelle 131, an der auch eine Lufttrennstrecke angebracht werden kann, z. B. als Trennleistungsschalter, ist als Ringraumsehaltstelle ausgebildet. Der Füllstift 9 ist feststehend und elastisch angeordnet. Er besteht aus einem becherförmigen Isolierkörper aus gasabgebendem Isolierstoff und ist mit einer starken Schrauben-oder sonstigen Feder 132 verbunden, die in seiner Höhlung angeordnet ist. Hiedurch ergibt sich eine mechanisch feste und doch elastische Anordnung des Füllstiftes. Auch die Schaltröhre 5 besteht an der Innenfläche aus gasabgebendem Material, so dass der Lichtbogen in dem Ringraum zwischen der Röhre und dem Füllstift brennen muss. 1 ist der feststehende Kontakt, der mit der Strömzuleitung 4 verbunden ist.
Der rohrförmige Schaltstift 2 ist als Vollstift 92 fortgesetzt, der entsprechend Fig. 7 von einer Isolierröhre 101 aus geeignetem gasabgebendem Stoff, z. B. Carbamidharz, umgeben ist. Die Röhre 101 ist entweder als Überwurf auf die Schubstange 92 aufgeschoben oder als Überzug aufgepresst. Am Ende des umhüllten Schaltstiftes 92 ist ein Kontaktstück 96 angeordnet, das sich in der Einschaltstellung im Schleifkontakt 97 befindet.
. Beim Ausschalten wird das Schaltstück mit den Kontakten 2 und 96 nach oben bewegt, wobei ein Lichtbogen zwischen 1 und 2 und ein zweiter Lichtbogen zwischen 96 und 97 in der Schaltröhre 100 gezogen wird. Die Isolierhülle 101 füllt dabei als Füllstück die Sehaltröhre 100 aus, so dass dieser Lichtbogen stark eingeengt brennen muss.
Die dabei entstehenden Schaltgase treten im wesentlichen durch die Röhre 100 ins Freie. Sie können vorher durch Kühler 103 bzw. Schalldämpfer, Klappen od. dgl., gekühlt und gelenkt werden.
Das Kontaktstück 96 wird vorteilhaft ein wenig stärker als die Isolierhülle 101 ausgeführt. Die Schaltgase können also, den Lichtbogen beblasend, zwischen den Teilen 100 und 101 hinaustreten. Das Kontaktstück 96, das die Schaltröhre 100 im wesentlichen ausfüllt, kann zwecks besseren Gasdurchtritts mit Rillen, Bohrungen u. dgl. versehen werden.
Damit die Schaltgase nicht nach unten austreten und eine Überbrückung der oberen Unter- breehungsstelle verursachen, ist eine Dichtungsröhre 133 angeordnet, die die Füllröhre 101 mit einem mögliehst geringen Spiel umschliesst. 14 ist der Stromanschluss zu dem Kontakt 97. Auch die Röhre 133 wird vorteilhaft an der Innenfläche aus gasabgebenden Stoffen hergestellt. Da die Füllröhre 101 gleichfalls aus gasabgebenden Stoffen besteht, stellt'der lichte Raum zwischen den Teilen 101 und 133 eine Löschstelle dar, die einen allenfalls an ihr entstehenden Überschlag zum Erlöschen bringt. Die dabei austretenden Gase werden durch eine düsenartige Öffnung der Röhre so gelenkt, dass sie keine Überbrückung der Isolation bewirken können.
Durch die Anordnung zweier Schaltstellen in Reihenschaltung ergibt sieh eine erhöhte Leistungsfähigkeit des Schalters und eine Beschränkung des Abbrandes der gaserzeugenden Isolierteile auf das notwendige Mass. Die Bauhöhe nimmt dabei nur in geringem Masse zu. Die Hauptschaltstelle 131 wird entlastet, und es ergibt sich bei gleichbleibendem Schalterhub annähernd die doppelte Isolierstrecke wie bei der üblichen Ausführung. Auch ist ein nachträglicher Anbau der zusätzlichen Schaltstelle möglich. Ferner ist der Reibungswiderstand bei der Schaltbewegung geringer, da die Schaltstange mit ihrem isolierten Teil 101 an dem Führungskontakt nicht dicht anzuliegen braucht, weil hier eine
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Stromübertragung ohnedies nicht in Betracht kommt. Infolgedessen kann die Antriebsvorrichtung kleiner und billiger werden.
Anstatt die beiden Schaltstellen 130 und 131 gleichzeitig zu öffnen, ist es auch möglich, durch Überschleifung der Kontakte an einer Schaltstelle oder gleichwertige Massnahmen eine zeitliche Verschiebung beider Kontakttrennungen zu erzielen. Dann ist es zweckmässig, wenn die zur Grossstromlöschung geeignete, z. B. die untere, Schaltstelle 131 zuerst geöffnet wird, damit diese grossen Ströme in möglichst kurzer Zeit gelöscht werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
L Elektrischer Stromunterbrecher mit Lichtbogenlöschung durch gas-oder dampfförmige Druckmittel, deren Druck durch den Unterbrechungslichtbogen selbst in einem geschlossenen röhrenförmigen Schaltraum erzeugt wird, dessen Wandungen aus unter der Lichtbogeneinwirkung gasabgebenden formfesten Stoffen bestehen und in dem sich beim Abschaltvorgang Isolierteile zur Verengung der Lichtbogenbahn befinden, nach Patent Nr. 158101, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die den Abbrand der gasabgebenden Isolierteile im wesentlichen auf dasjenige Mass beschränken, das durch die für die Lichtbogenlöschung erforderliche Gaserzeugung bedingt ist.