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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Isolierstoffdüse, welche ein erstes Material
und ein zweites Material aufweist, wobei das erste Material eine
geringere Abbrandfestigkeit aufweist als das zweite Material und
eine einen Isolierstoffdüsenkanal
begrenzende Fläche
das zweite Material aufweist.
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Eine
derartige Isolierstoffdüse
ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 30 44 836 A1 bekannt.
Dort ist eine Isolierstoffdüse
für einen Druckgasschalter
beschrieben, wobei die Isolierstoffdüse zu großen Teilen aus einem elektrisch
isolierenden Material gebildet ist und zur Bildung einer Düsenengstelle
einen elektrisch leitfähigen
Einsatz aus abbrandfestem Material aufweist. Dabei ist es vorgesehen,
dass der leitfähige
Einsatz beispielsweise als massiver Vollring ausgeführt ist,
welcher in einer Ausnehmung der dortigen Isolierstoffdüse befestigt
ist, so dass der Ring aus abbrandfestem Material selbst einen Teil
des Isolierstoffdüsenkanals
bildet.
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Durch
die Verwendung eines leitfähigen
Einsatzes wird eine verbesserte Steuerung eines elektrischen Feldes
bewirkt. Dabei nimmt der Einsatz aus leitfähigem Material ein nicht näher definierbares elektrisches
Potential an. Dieses elektrische Potential ist gegen weitere Baugruppen
elektrisch zu isolieren. Somit ist es nötig, die Isolierstoffdüse entsprechend
großzügig zu dimensionieren.
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Daher
ergibt sich als Aufgabe der Erfindung eine Isolierstoffdüse anzugeben,
welche bei kompakten Abmessungen gute Betriebseigenschaften aufweist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Isolierstoffdüse der eingangs
genannten Art dadurch gelöst,
dass der Isolierstoffdüsenkanal
einen hohlzylindrischen Abschnitt aufweist, wobei eine Innenmantelfläche und
eine Außenmantelfläche des
hohlzylindrischen Abschnittes jeweils das zweite Material aufweisen.
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Isolierstoffdüsen werden
in elektrischen Schaltgeräten
insbesondere der Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsebene eingesetzt.
Derartige elektrische Schaltgeräte
sind beispielsweise Leistungsschalter, welche dem Ausschalten von
Betriebsströmen
und Kurzschlussströmen
dienen. Die Kurzschlussströme
können
dabei ein Vielfaches der Betriebsströme betragen. So muss ein Leistungsschalter
in der Lage sein, sowohl relativ kleine Ströme als auch sehr große Ströme sicher
zu beherrschen. Bei einem Ausschaltvorgang treten regelmäßig Lichtbögen auf.
Zur Steuerung einer Beblasung eines brennenden Lichtbogens mit Gasen
werden Isolierstoffdüsen
eingesetzt. Isolierstoffdüsen
umgeben beispielsweise eine Trennstrecke zwischen zwei relativ zueinander
bewegbaren Kontaktstücken,
zwischen denen ein Auftreten eines Lichtbogens zu erwarten ist.
Je nach Bedarf kann ein Isolierstoffdüsenkanal dazu genutzt werden,
um von dem Lichtbogen erhitztes und expandiertes Gas in bestimmte
Richtungen zu lenken. Ein Expandieren von größeren Gasvolumina durch den
Lichtbogen ist dabei durchaus erwünscht. Aus diesem Grunde wird
die Isolierstoffdüse
aus einem geeigneten ersten Material gefertigt. Dieses Material
ist im Regelfall ein organischer Kunststoff wie beispielsweise PTFE.
Bei einem Einwirken von großer
Hitze, beispielsweise durch einen Lichtbogen, wird der Kunststoff
vergast und es entsteht zusätzli ches
Schaltgas. Durch den Einsatz eines hohlzylindrischen Abschnittes
kann das entstehende zusätzliche
Schaltgas beispielsweise um eines der Kontaktstücke herum gelenkt werden und
in ein Speichervolumen verbracht werden. Vorteilhaft ist dabei,
einen koaxialen Aufbau der Schaltstrecke des elektrischen Schaltgerätes vorzusehen.
Durch eine Ausbildung zumindest von Teilen der Innen- bzw. Außenmantelfläche des
hohlzylindrischen Abschnittes des Isolierstoffdüsenkanals aus einem zweiten
abbrandfestem Material ist dort ein Erzeugen von zusätzlichem
Schaltgas nicht mehr ohne weiteres möglich, da diese Bereiche aufgrund
der erhöhten
Abbrandfestigkeit des zweiten Materials eine erhöhte Widerstandskraft gegenüber thermischen
Wirkungen haben. Das abbrandfeste Material sollte dabei zum einen
nur eine geringe Neigung zur Abgabe von Ruß aufweisen. Zum anderen sollte
Russ, gegebenenfalls aus anderen Materialien generiert, möglichst
nicht anhaften. Im Regelfall ist abbrandfestes Material verussungsarmes
Material. Durch diese Konstruktion ist es möglich, in dem Isolierstoffdüsenkanal
gezielt Abschnitte vorzuhalten, die beispielsweise durch entsprechend
voluminös
ausgestaltete Wandungen für
einen Isolierstoff-Abtrag bzw. ein Vergasen vorgesehen sind, während andere
Bereiche, beispielsweise ein hohlzylindrischer Abschnitt des Isolierstoffdüsenkanals,
zur Lenkung und Leitung von Schaltgasen vorgesehen sind. Durch eine derartige
Konstruktion ist es möglich,
den hohlzylindrischen Abschnitt des Isolierstoffdüsenkanals
mit vergleichsweise dünnen
Wandungen zu versehen. Insbesondere, wenn der hohlzylindrische Abschnitt
des Isolierstoffdüsenkanals
koaxial zu einem Kontaktstück
angeordnet ist, kann so eine im Umfang reduzierte Außenkontur
der Isolierstoffdüse
erzeugt werden. Hingegen kann im Bereich, in welchem das Brennen
eines Lichtbogens vorgesehen ist, beispielsweise in einem zylindrischen
Abschnitt des Isolierstoffdüsenkanals,
bei gleich bleibendem oder sogar verringertem äußerem Umfang der Isolierstoffdüse eine
größere Wandstärke zur
Verfügung
gestellt werden, aus welcher Schaltgas durch thermische Einwirkung
herausgelöst
wird. Dadurch ist es möglich,
an einem schlanken Isolierstoffdüsenkörper ein vergleichsweise
großes
Volumen an Isolierstoff zur Verfügung
zu stellen, welches problemlos vergast werden kann, ohne die Stabilität und Funktionalität der Isolierstoffdüse nachteilig
zu beeinflussen. Weiterhin kann durch die Nutzung eines hohlzylindrischen
Abschnittes der Isolierstoffdüse
ein ausreichender Querschnitt zur Verfügung gestellt, um von dem Lichtbogen
erhitztes und expandiertes Gas in ein Speichervolumen zu lenken.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass eine Mantelfläche einen
ringförmigen Bereich
aus dem zweiten Material aufweist.
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Ringförmige Strukturen
sind geeignet, möglichst
großflächig im
hohlzylindrischen Abschnitt des Isolierstoffdüsenkanals die dort vorhandenen
Wandungen/Flächen
zu schützen.
Die bereits von dem Lichtbogen erhitzten Schaltgase, welche durch
den hohlzylindrischen Abschnitt der Isolierstoffdüse geleitet
werden müssen,
weisen immer noch eine derartige Hitze auf, dass diese an Kunststoffen
geringerer Abbrandfestigkeit eine Oberflächenerosion hervorrufen können. Ringstrukturen
schützen
dabei entlang des Umfanges die entsprechend ausgekleideten Zonen
des hohlzylindrischen Abschnittes des Isolierstoffdüsenkanals.
Es kann auch vorgesehen sein, dass mehrere in axialer Abfolge hintereinander
liegende Ringe in der Innen- bzw.
Außenmantelfläche des
hohlzylindrischen Abschnittes des Isolierstoffdüsenkanals angeordnet sind.
Dadurch ist es möglich, an
bestimmten Punkten eine Erosion der zwischen den Ringen liegenden
Bereiche zuzulassen. Dadurch kann eine feinere Steuerung einer Erzeugung
des in dem Speichervolumen zwischenzuspeichernden expandierten Schaltgases
erfolgen. So ist es möglich, beispielsweise
ein überhitztes
Schaltgas durch einzelne erodierbare Bereiche im hohlzylindrischen
Abschnitt des Isolierstoffdüsenkanals
zu beruhigen. Überhitzte
Schaltgase können
beispielsweise bei energiereichen Kurzschlussströmen auftreten. Derartige Kurzschlussströme sind
mit sehr energiereichen Lichtbögen
verbunden, die einer besonders intensiven Kühlung auszusetzen sind. Bei
entsprechend kleinen auszuschaltenden Strömen und daraus resultierenden
geringeren Lichtbogenleistungen ist das in den hohlzylindrischen
Abschnitt des Isolierstoffdüsenkanals
eingeleitete Löschgas
nicht derartig überhitzt,
dass die zwischen den Ringen angeordneten Abschnitte zusätzlich erodiert
werden. Somit ist es möglich,
mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Isolierstoffdüse ausgerüstete Schaltgeräte sehr
häufig
zum Schalten von Betriebsströmen
einzusetzen. Weiterhin ist die Isolierstoffdüse zu der Beherrschung von
während
der Lebensdauer eines elektrischen Schaltgerätes selten auftretenden Kurzschlussströme geeignet.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass Bereiche
der Innenmantelfläche
und der Außenmantelfläche, welche
das zweite Material aufweisen, in radialer Richtung einander überdecken.
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Durch
das Vorsehen radialer Überdeckungen
von Bereichen, die aus dem zweiten Material erhöhter Abbrandfestigkeit gebildet
sind, können
strömungstechnisch
günstige
Verhältnisse
im Bereich des hohlzylindrischen Abschnittes des Isolierstoffdüsenkanals
erzeugt werden. Gegenüber
durch Erosionserscheinungen zunehmend mit Oberflächenrauhigkeiten versehenen
Abschnitten weisen die einander gegenüberliegenden Bereiche aus dem
zweiten Material mit erhöhter
Erosionsfestigkeit eine glatte Oberfläche auf. Dadurch ist es möglich, dass
durch den hohlzylindrischen Abschnitt geleitete Gase diesen rasch
pas sieren, da der Strömungswiderstand dieses
Abschnittes gering ist. Durch das radial gegenüberliegende Anordnen von zweiten
Materialien an den Innen- und Außenmantelflächen weisen diese Bereiche
des Isolierstoffdüsenkanals
annähernd gleich
bleibende Strömungsverhältnisse
auf. Derartige Bereiche können
beispielsweise durch ringförmig in
den Mantelflächen
umlaufende Abschnitte gebildet werden, die in axialer Richtung der
Hohlzylinderachse einander zumindest teilweise überdecken.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Isolierstoffdüse Teil
einer Unterbrechereinheit eines elektrischen Schaltgerätes ist
und der hohlzylindrische Abschnitt sich an einen zylindrischen Abschnitt
des Isolierstoffdüsenkanals
anschließt,
wobei der zylindrische Abschnitt während eines Schaltvorganges
des elektrischen Schaltgerätes
mittels eines Kontaktstückes
verdämmbar
ist.
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In
einen zylindrischen Abschnitt des Isolierstoffdüsenkanals kann in einfacher
Form ein beispielsweise zylinderförmiges Kontaktstück hineinbewegt
werden. Dabei kann das zylinderförmige
Kontaktstück
in seinem Querschnitt gegenüber
dem Querschnitt des zylindrischen Abschnittes des Isolierstoffdüsenkanals
geringfügig
vermindert sein. Bei einem Einfahren des Kontaktstückes ist
dann der Isolierstoffdüsenkanal
verdämmt.
Lediglich in den Randbereichen zwischen dem Kontaktstück und der
Wandung des Isolierstoffdüsenkanals
können
geringere Mengen von Gas entweichen. Dadurch ist es möglich, die
Strömungsverhältnisse
im Isolierstoffdüsenkanal
zu steuern. Während
eines Verdämmens des
Isolierstoffdüsenkanals
durch das Kontaktstück ist
es beispielsweise möglich,
dass innerhalb des zylindrischen Abschnittes des Isolierstoffdüsenkanals ein
Lichtbogen brennt, welcher im Bereich des zylindrischen Abschnittes
Gase erhitzt und Schaltgase durch Verdampfen von den Isolierstoffdüsenkanal begrenzenden
Materialien zusätz lich
erzeugt und expandiert werden. Über
den hohlzylindrischen Abschnitt, welcher sich an der Seite des zylindrischen Abschnittes
des Isolierstoffkanals anschließt,
welcher von der Seite des Isolierstoffdüsenkanals abgewandt ist, an
welchem das Kontaktstück
den Isolierstoffdüsenkanal
verdämmt,
können
die erhitzten Gase durch den hohlzylindrischen Abschnitt entweichen.
Der hohlzylindrische Abschnitt des Isolierstoffdüsenkanals mündet dann beispielsweise in
einem Speichervolumen, in welchem die erhitzten Gase zwischengespeichert
werden. Durch ein beständiges Nachströmen von
Gasen, getrieben durch den Lichtbogen, erhöht sich der Druck innerhalb
des Speichervolumens. Mit einem Entfernen des Kontaktstückes und
damit einem Öffnen
des Isolierstoffdüsenkanals wird
eine Möglichkeit
des Abströmens
von heißen Gasen
aus dem Isolierstoffdüsenkanal
heraus ermöglicht.
Unterstützt
von dem unter erhöhtem
Druck innerhalb des Speichervolumens stehenden Gas strömen diese
in umgekehrter Richtung durch den hohlzylindrischen Abschnitt des
Isolierstoffdüsenkanals
hindurch in Richtung des zylindrischen Abschnittes des Isolierstoffdüsenkanals.
Ein gegebenenfalls dort noch brennender Lichtbogen wird mit dem
nunmehr abströmenden
Gas beblasen. Gegebenenfalls im Isolierstoffdüsenkanal befindliche Plasmawolken werden
aus dem Isolierstoffdüsenkanal
ausgestoßen.
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Vorteilhafterweise
kann weiter vorgesehen sein, dass das zweite Material in das erste
Material eingebettet ist.
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Das
erste Material mit seiner gegenüber
dem zweiten Material geringeren Abbrandfestigkeit ist beispielsweise
ein organischer Kunststoff, welcher einen größeren Volumenanteil an der
Isolierstoffdüse aufweist,
als das zweite Material. Daher ist es vorteilhaft, das zweite Material
in das erste Material derart einzubetten, dass zumindest einzelne
Abschnitte innerhalb des hohlzylindrischen Abschnittes des Isolierstoffdüsen kanals
aus dem zweiten Material gebildet sind. Als zweites Material sind
beispielsweise chemisch oder physikalisch behandelte Kunststoffe einsetzbar,
deren Kohlenstoffanteil reduziert wurde. Dies kann beispielsweise
durch radioaktive Bestrahlung oder eine thermische Behandlung erzielt
werden.
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Darüber hinaus
kann weiterhin vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine Wandung der
Isolierstoffdüse
durchgehend aus dem zweiten Material gebildet ist.
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Bei
dem Einsatz des zweiten Materials zur Bildung einer homogenen Wandung
der Isolierstoffdüse,
sind Fügestellen
im Innern einer Wandung vermieden. Dadurch wird eine homogene Struktur
gebildet, welche hohen dielektrischen Anforderungen genügt. Lediglich über entsprechende
Anschlussflächen
ist das zweite Material mit dem ersten Material zu verbinden. Dazu
können
verschiedene Fügeverfahren
eingesetzt werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Isolierstoffdüse einen
ersten Düsenkörper und
einen zweiten Düsenkörper aufweist, die
koaxial zueinander angeordnet sind und zwischen denen der hohlzylindrische
Abschnitt angeordnet ist.
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Durch
das Vorsehen zweier Düsenkörper ist es
in einfacher Weise möglich,
die Oberflächen
der beiden Düsenkörper, welche
den hohlzylindrischen Abschnitt bilden, in geeigneter Form mit dem
zweiten Material zu versehen. Dadurch können vereinfachte Fertigungsverfahren
zum Einsatz gelangen. Weiterhin ist eine gute Flexibilität hinsichtlich
einer Anpassung von Strömungseigenschaften
des Isolierstoffdüsenkanals
in einfacher Form gegeben. Durch mehrere Düsengrundkörper, die zu einer Isolierstoffdüse zusammengesetzt
werden können,
ist es möglich, die
Dimensionierung des Isolierstoffdüsenkanals, beispielsweise hinsichtlich
der Querschnitte der einzelnen Bereiche des Isolierstoffdüsenkanals,
zu variieren oder auch die Länge
der einzelnen Abschnitte entsprechend zu verändern.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die beiden Materialien elektrisch
isolierende Materialien sind.
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Durch
die Verwendung von elektrisch isolierenden Materialien wird trotz
der verbesserten Widerstandsfähigkeit
des hohlzylindrischen Abschnittes der Isolierstoffdüse gegenüber heißen Schaltgasen die
Isolierwirkung der Isolierstoffdüse
an sich kaum negativ beeinflusst. Als erstes Material eignen sich organische
Kunststoffe, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE). Als zweites
Material eignen sich organische Kunststoffe, die einer speziellen
Behandlung unterzogen wurden, beispielsweise Kunststoffe, welche
mit abbrandfesten Partikeln versetzt wurden oder Kunststoffe, aus
deren Oberfläche
durch eine thermische Behandlung bereits Kohlenstoff herausgelöst wurde.
Darüber
hinaus können
die Kunststoffe auch durch spezielle chemische Verfahren, beispielsweise
Imprägnierungen,
in ihrem Abbrandfestigkeitsverhalten verändert worden sein. Weiterhin
können als
zweites Material Keramiken zum Einsatz gelangen, welche über gute
dielektrische Eigenschaften verfügen
und eine hohe Abbrandfestigkeit aufweisen. Eine geeignete Keramik
ist beispielsweise AL2O3.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, geeignete Verfahren anzugeben,
die ein kostengünstiges
Herstellen von erfindungsgemäßen Isolierstoffdüsen ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
aus dem zweiten oder dem ersten Material ein Formkörper geformt
wird und auf den Formkörper
das erste oder zweite Material aufgebracht wird.
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Formkörper können beispielsweise
durch Sinterverfahren aus Granulaten hergestellt werden. So hergestellte
Formkörper
können
dann in einem zweiten Schritt mit dem weiteren Material beaufschlagt
werden. Dadurch ist es möglich,
einen innigen Verbund zwischen dem ersten und dem zweiten Material
zu erzeugen. Beispielsweise kann in einem weiteren Sinterprozess
eine Verbindung der beiden Materialien hergestellt werden. Insbesondere
bei einem Einbetten von Abschnitten des zweiten Materials in das
erste Material, wobei das zweite Material eine Wandung der Isolierstoffdüse nicht
vollständig ausbildet,
ist ein derartiges Verfahren vorteilhaft anwendbar.
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Erfindungsgemäß ist ein
weiteres Verfahren zur Herstellung einer Isolierstoffdüse der eingangs genannten
Art vorgesehen, bei welchem das erste und das zweite Material jeweils
zu Formkörpern
geformt werden und die Formkörper
miteinander verbunden werden.
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Durch
das Vorsehen unterschiedlicher Formkörper für das erste und das zweite
Material können diese
unabhängig
voneinander gefertigt werden. Dabei können beispielsweise Sinterverfahren,
Gussverfahren oder andere geeignete Formgebungsverfahren verwendet
werden. Vorteil dieses Herstellungsverfahrens ist, dass eine Komplettierung
der Isolierstoffdüse
unter Nutzung verschiedener Formkörper erfolgen kann. Dadurch
kann die Isolierstoffdüse
relativ flexibel aus verschiedenen Materialkombinationen in verschiedenen
Abmessungen hergestellt werden.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung schematisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend
näher beschrieben.
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Dabei
zeigt die
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1 eine
erste Ausgestaltungsvariante einer Isolierstoffdüse und die
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2 eine
zweite Ausgestaltungsvariante einer Isolierstoffdüse.
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Die 1 zeigt
einen Schnitt durch eine Trennstelle eines Hochspannungs-Leistungsschalters.
Die Trennstelle des Hochspannungs-Leistungsschalters weist eine
erste Variante einer Isolierstoffdüse 1a auf. Die erste
Variante der Isolierstoffdüse 1a ist
koaxial zu einer Längsachse 2a ausgebildet. Ebenfalls
koaxial zu der Längsachse 2a einander stirnseitig
gegenüberliegend
sind ein erstes Kontaktstück 3 sowie
ein zweites Kontaktstück 4 angeordnet. Das
erste Kontaktstück 3 ist
längs der
Längsachse 2a relativ
zu dem zweiten Kontaktstück 4 bewegbar. Das
zweite Kontaktstück 4 ist
winkelsteif mit der ersten Variante der Isolierstoffdüse 1a verbunden.
Das zweite Kontaktstück 4a weist
einen tulpenförmigen Kontaktbereich
auf, welcher dem ersten Kontaktstück 3 zugewandt ist.
Das erste Kontaktstück 3 ist bolzenförmig ausgebildet
und derartig dimensioniert, dass es in den tulpenförmigen Kontaktbereich
des zweiten Kontaktstückes 4 einfahren
kann.
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Die
erste Variante der Isolierstoffdüse 1a weist
eine Hilfsdüse 5 sowie
eine Hauptdüse 6 auf. Die
Hilfsdüse 5 ist
koaxial zu dem zweiten Kontaktstück 4 ausgerichtet
und winkelsteif mit diesem verbunden. Die Hilfsdüse 5 umgibt den tulpenförmigen Kontaktbereich
des zweiten Kontaktstückes 4 und umschließt diesen.
Neben der winkelsteifen Verbindung der Hilfsdüse 5 mit dem zweiten
Kontaktstück 4 ist
ein Speicherkörper 7 winkelsteif
mit dem zweiten Kontaktstück 4 verbunden.
Der Speicherkörper 7 stellt
ein Speichervolumen für
erhitztes Gas zur Verfügung.
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Die
Hauptdüse 6 ist
koaxial zu der Längsachse 2a ausgerichtet
und umgibt die Hilfsdüse 5 zu
großen
Teilen. Die Hauptdüse 6 ist
an dem Speicherkörper 7 befestigt,
so dass zwischen der Hilfsdüse 5 und der
Hauptdüse 6 eine
Verbindung besteht und die erste Variante der Isolierstoffdüse 1a gebildet
ist. Die Hauptdüse 6 weist
einen zylinderförmigen
Abschnitt 8 eines Isolierstoffdüsenkanals auf. Der zylinderförmige Abschnitt 8 erweitert
sich in Richtung des ersten Kontaktstückes 3. Der zylinderförmige Abschnitt 8 weist
einen geringförmig
vergrößerten Querschnitt gegenüber dem
Querschnitt des ersten Kontaktstückes 3 auf.
An dem dem zweiten Kontaktstück 4 zugewandten
Ende des zylinderförmigen
Abschnittes 8 des Isolierstoffdüsenkanals geht der Isolierstoffdüsenkanal
in einen hohlzylindrischen Abschnitt über, welcher in das durch den
Speicherkörper 7 zur
Verfügung
gestellte Speichervolumen mündet.
Aufgrund der einander koaxial überdeckenden
Bereiche der Hilfsdüse 5 und
der Hauptdüse 6 ist
der hohlzylindrische Abschnitt des Isolierstoffdüsenkanals gebildet. Auf der äußeren Mantelfläche der
Hilfsdüse 5 und
der inneren Mantelfläche
der Hauptdüse 6 im
einander überdeckenden
Bereich sind in die Hilfsdüse 5 und
in die Hauptdüse 6 Einlagen
aus einem zweiten Material eingelegt. Die Hilfsdüse 5 sowie die Hauptdüse 6 sind
bezogen auf ihr Volumen zum größten Teil
aus Polytetrafluorethylen, einem ersten Material, gebildet. Die
Einlagen sind aus einem zweiten Material, welches eine erhöhte Abbrandfestigkeit
aufweist, gebildet, beispielsweise durch eine Keramik wie AL2O3. Die Einlagen
sind ringförmig
ausgebildet und überdecken
einander in einem größeren Bereich
des hohlzylindrischen Abschnittes des Isolierstoffdüsenkanals.
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Zur
Fertigung der ersten Variante der Isolierstoffdüse 1a kann vorgesehen
sein, dass zunächst ein
Formkörper
hergestellt wird, entweder aus dem ersten oder aus dem zweiten Ma terial
und die entsprechenden Abschnitte der Isolierstoffdüse, die
aus dem zweiten bzw. ersten Material gebildet sind, auf den bereits
bestehenden Formkörper
auf- oder eingebracht werden. Dies kann beispielsweise durch zwei
Sinterprozesse erfolgen.
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Im
Folgenden soll der Ablauf eines Ausschaltvorganges prinzipiell beschrieben
werden.
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Im
eingeschalteten Zustand ist das in der 1 bereits
aus dem zylindrischen Abschnitt 8 des Isolierstoffdüsenkanals
herausbewegte erste Kontaktstück 3 in
den tulpenförmigen
Kontaktbereich des zweiten Kontaktstückes 4 eingefahren.
Bei einer Trennbewegung wird das erste Kontaktstück 3 aus dem tulpenförmigen Kontaktbereich
des zweiten Kontaktstückes 4 herausgefahren.
Dabei entsteht nach einer galvanischen Trennung der beiden Kontaktstücke 3, 4 aufgrund
einer hohen elektrischen Feldstärke
ein Lichtbogen. Auch bei einem weiteren Entfernen des ersten Kontaktstückes 3 von
dem zweiten Kontaktstuck 4, bleibt dieser Lichtbogen brennen.
Der Lichtbogen expandiert im zylindrischen Abschnitt 8 des
Isolierstoffdüsenkanals
Gas. Zusätzlich
löst er
in diesem Bereich aus den Wandungen des Isolierstoffdüsenkanals
Schaltgas. Dabei wird auch der sich über den tulpenförmigen Kontaktbereich
hinaus in Richtung des zylindrischen Abschnittes 8 erstreckende
Abschnitt der Hilfsdüse 5 erodiert. Aufgrund
der Dimensionierung des ersten Kontaktstückes 3 ist der zylinderförmige Abschnitt 8 des
Isolierstoffdüsenkanals
verdämmt.
Das erhitzte und expandierte Gas bzw. Schaltgas muss daher zwangsweise über den
hohlzylindrischen Abschnitt 9 der ersten Variante der Isolierstoffdüse 1 in
das Speichervolumen des Speicherkörpers 7 hinein abströmen. Aufgrund
des stetigen Nachheizens des Lichtbogens und des damit zusätzlichen
Erzeugens und Expandierens von Gasen, erhöht sich der Druck im Innern des Speicherkörpers 7.
Nach einer Freigabe des hohlzylindrischen Abschnittes 9 durch
das erste Kontaktstück 3 (entspricht
etwa der Darstellung in der 1) strömt das im
Speichervolumen zwischengespeicherte heiße Schaltgas in umgekehrter
Richtung durch den hohlzylindrischen Abschnitt in Richtung des zylinderförmigen Abschnittes 8 ab
und aus dem sich erweiternden Bereich des Isolierstoffdüsenkanals
hinaus. Dabei entsteht eine rasche Gasströmung, welche ggf. zwischen
den Kontaktstücken
befindliche Plasmawolken ausstößt und den
Lichtbogen kühlt,
bis er schließlich
erlischt.
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Die
in 2 dargestellte zweite Variante einer Isolierstoffdüse 1b weist
prinzipiell denselben Aufbau auf, wie die in der 1 dargestellte
erste Variante einer Isolierstoffdüse. Die gleichen Baugruppen
sind daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Lediglich die
Ausgestaltung des hohlzylindrischen Abschnittes 9 mit einem
zweiten Material ist in einer alternativen Art und Weise vorgenommen
worden.
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Die 2 zeigt
einen Schnitt durch eine zweite Variante einer Isolierstoffdüse 1b.
Ebenso wie die erste Variante einer Isolierstoffdüse 1a weist
die zweite Variante 1b eine Hauptdüse 6b und eine Hilfsdüse 5b auf.
Der zylinderförmige
Abschnitt 8, der sich erweiternde Abschnitt des Isolierstoffdüsenkanals der
Hauptdüse 6b sowie
der über
den Kontaktbereich des zweiten Kontaktstückes hinausragende Bereich der
Hilfsdüse 5b sind
aus dem ersten Material, das heißt, aus Polytetrafluorethylen
gebildet. Der Abschnitt der Hauptdüse 6b, welcher die
Hilfsdüse 5b koaxial
umgibt, ist aus einem zweiten Material gebildet, das heißt, Wandungen
dieses Abschnittes der Hauptdüse 6b sind
vollständig
aus einem Material mit einer erhöhten
Abbrandfestigkeit gebildet. Ebenso ist ein Großteil der Hilfsdüse 5b aus
dem Material mit erhöhter
Abbrandfestigkeit gebildet. Dadurch ist der zwischen der Haupt düse 6b und
der Hilfsdüse 5b gebildete
hohlzylindrische Bereich. des Isolierstoffdüsenkanals zu wesentlichen Teilen
von Material mit erhöhter
Abbrandfestigkeit begrenzt. Ein Herstellungsverfahren kann beispielsweise
vorsehen, dass rotationssymmetrische Formkörper separat aus Material mit
erhöhter
Abbrandfestigkeit und Material verminderter Abbrandfestigkeit gefertigt
werden und diese Formkörper
an den entsprechenden stirnseitigen Abschnitten miteinander winkelsteif,
beispielsweise durch stoffschlüssige
Fügeverfahren,
verbunden werden.
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Es
kann beispielsweise auch vorgesehen sei, Granulate von Materialien
verschiedener Abbrandfestigkeiten zu einem gemeinsamen Sinterkörper zusammenzufügen. Beispielsweise
können
so mehrere Formkörper
gebildet werden, die in einem Sinterverfahren aushärten und
miteinander verbunden werden. Dies weist den Vorteil auf, dass ein
Zusammenfügen
mehrerer Formkörper
nicht in einem separaten Schritt zu erfolgen braucht.