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Die Erfindung betrifft eine Unterbrechereinheit für einen Leistungsschalter. Die Unterbrechereinheit weist zwei elektrisch leitfähige Lichtbogenkontaktstücke auf, die entlang einer Schaltstrecke zwischen einer Ausschaltstellung, in der die Lichtbogenkontaktstücke durch die Schaltstrecke voneinander getrennt sind, und einer Einschaltstellung, in der die Lichtbogenkontaktstücke in galvanischem Kontakt miteinander stehen, relativ zueinander bewegbar sind. Ferner weist die Unterbrechereinheit eine die Schaltstrecke wenigstens teilweise umgebende Isolierstoffdüse auf.
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Insbesondere betrifft die Erfindung eine Unterbrechereinheit, wie z. B. aus der
FR 2 751 462 A1 bekannt, für einen in Form eines so genannten Selbstblasschalters ausgebildeten Leistungsschalter. Selbstblasschalter setzen bei einem Ausschaltvorgang Energie, die von einem zwischen den Lichtbogenkontaktstücken brennenden Lichtbogen freigesetzt wird, für einen Löschdruckaufbau zum Löschen des Lichtbogens um. Dazu ist ein Lichtbogenraum, in dem der Lichtbogen brennt, mit einem Heizvolumen verbunden, in dem durch den Lichtbogen erhitztes und expandierendes Isoliergas, durch Ablation freigesetztes Isolierdüsenmaterial und thermische Strahlung aus dem Lichtbogenraum den Gasdruck erhöhen. Das Isoliergas in dem Heizvolumen wird zum Löschen des Lichtbogens verwendet. Bei kleinen Stromstärken bewirkt die im Lichtbogen umgesetzte Leistung keinen ausreichenden Druckaufbau im Heizvolumen, so dass unterstützend durch den Bewegungsablauf des Schalters komprimiertes Löschgas eingesetzt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Unterbrechereinheit für einen Leistungsschalter anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Unterbrechereinheit für einen Leistungsschalter umfasst zwei elektrisch leitfähige Lichtbogenkontaktstücke, eine Isolierstoffdüse, ein Heizvolumen, ein Trenngehäuse, einen Kaltgaskanal und einen Heißgaskanal. Die Lichtbogenkontaktstücke sind entlang einer Schaltstrecke zwischen einer Ausschaltstellung, in der die Lichtbogenkontaktstücke durch die Schaltstrecke voneinander getrennt sind, und einer Einschaltstellung, in der die Lichtbogenkontaktstücke in galvanischem Kontakt miteinander stehen, relativ zueinander bewegbar. Die Isolierstoffdüse umgibt die Schaltstrecke wenigstens teilweise. Durch die Isolierstoffdüse verläuft ein Düsenkanal, durch den die Schaltstrecke verläuft und der mit dem Heizvolumen verbunden ist. Das Trenngehäuse teilt das Heizvolumen in einen Kaltgas- und einen Heißgasbereich und weist wenigstens eine den Kaltgasbereich mit dem Heißgasbereich verbindende Verbindungsöffnung auf. Der Kaltgaskanal verläuft durch einen Düsenkanalendabschnitt des Düsenkanals und ist mit dem Kaltgasbereich des Heizvolumens verbunden. Der Heißgaskanal verläuft durch den Düsenkanalendabschnitt des Düsenkanals und ist mit dem Heißgasbereich des Heizvolumens verbunden.
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Die Unterbrechereinheit eignet sich besonders vorteilhaft für einen in Form eines Selbstblasschalters ausgebildeten Leistungsschalter. Das Heizvolumen dient dabei als Reservoir zur Speicherung von Isoliergas, das bei einem Ausschaltvorgang zur Löschung eines zwischen den Lichtbogenkontaktstücken brennenden Lichtbogens verwendet wird. Unter einem Ausschaltvorgang wird dabei eine Bewegung der Lichtbogenkontaktstücke von der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung verstanden. Der Heißgaskanal ermöglicht die Leitung von Isoliergas zwischen dem Lichtbogenraum, in welchem der Lichtbogen in dem Düsenkanal brennt, und dem Heizvolumen. Beim Ausschaltvorgang wird durch den Lichtbogen erhitztes und expandierendes Isoliergas in das Heizvolumen geleitet und der Druck in dem Heizvolumen erhöht. Wie oben bereits ausgeführt wurde, bewirkt bei kleinen Stromstärken die im Lichtbogen umgesetzte Leistung jedoch keinen ausreichenden Druckaufbau im Heizvolumen, so dass unterstützend komprimiertes zusätzliches Isoliergas in das Heizvolumen geleitet wird. Je größer das Heizvolumen ist, umso geringer ist dabei die Druckerhöhung im Heizvolumen durch das zusätzliche Isoliergas. Die Aufteilung des Heizvolumens in einen Kaltgasbereich und einen Heißgasbereich ermöglicht, dass zusätzliches Isoliergas nur oder überwiegend in einen dieser Bereiche geleitet wird und so durch das gegenüber dem gesamten Heizvolumen kleinere Volumen dieses Bereichs in diesem Bereich eine größere Druckerhöhung durch das zusätzliche Isoliergas erreicht wird als in dem Fall, dass das zusätzliche Isoliergas sich gleichmäßig auf das gesamte Heizvolumen verteilt. Dadurch wird die Löschwirkung des zusätzlichen Isoliergases vorteilhaft erhöht.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein erstes Lichtbogenkontaktstück ein Kontaktende mit einer Kontaktöffnung aufweist, in die das zweite Lichtbogenkontaktstück in der Einschaltstellung eingefahren ist, und dass der Heißgaskanal das Kontaktende des ersten Lichtbogenkontaktstücks umgibt, während der Kaltgaskanal den Heißgaskanal umgibt. Dadurch, dass der Heißgaskanal das Kontaktende des ersten Lichtbogenkontaktstücks umgibt und der Kaltgaskanal den Heißgaskanal umgibt, wird der Heißgaskanal bei einer Trennung der Lichtbogenkontaktstücke eher freigegeben als der Kaltgasbereich. Somit wird über den Heißgaskanal Druck im Heizvolumen zu einem Zeitpunkt aufgebaut, zu dem der Kaltgaskanal noch nicht freigegeben wird. Durch die verzögerte Freigabe des Kaltgaskanals wird erreicht, dass zu diesem Zeitpunkt die Druckdifferenz zwischen dem Lichtbogenraum und dem Heizvolumen geringer ist, wodurch auch nur wenig Heißgas über den Kaltgaskanal ins Heizvolumen gelangt. Wenn der Lichtbogen an Intensität verliert und eine Rückströmung von Isoliergas aus dem Heizvolumen zum Lichtbogen einsetzt, tritt sowohl über den Kaltgas- als auch über den Heißgaskanal Isoliergas aus dem Heizvolumen aus. Hierbei ist zu beachten, dass im Inneren des Heizvolumens ein Temperaturgradient herrscht, wodurch die Kaltgasströmung aus dem Kaltgasbereich gespeist wird, während die Heißgasströmung aus dem Heißgasbereich gespeist wird. Durch das gemeinsame Wirken beider Kanäle wird der Lichtbogen über eine größere axiale Ausdehnung beströmt, und es entsteht ein ausgeprägter dielektrisch verfestigter Bereich, der zu einer erfolgreichen Löschung beiträgt.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine den Kaltgaskanal und den Heißgaskanal voneinander trennende Kanaltrennwand vor, die beispielsweise im Wesentlichen als ein Hohlzylinder ausgeführt ist. Eine den Kaltgaskanal und den Heißgaskanal voneinander trennende Kanaltrennwand begrenzt gleichzeitig den Kaltgaskanal und den Heißgaskanal und ermöglicht daher eine bauteilsparende Ausbildung von Kaltgas- und Heißgaskanal.
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Vorzugsweise ragt die Kanaltrennwand in den Düsenkanalendabschnitt hinein und der Kaltgaskanal ist von einer Außenoberfläche der Kanaltrennwand und einer den Düsenkanalendabschnitt berandenden Innenoberfläche der Isolierstoffdüse berandet. Diese Ausgestaltung der Erfindung sieht also vor, dass der Kaltgaskanal einen äußeren Bereich des Düsenkanalendabschnitts bildet und der Heißgasbereich einen inneren Bereich des Düsenkanalendabschnitts bildet. Dies realisiert die oben bereits beschriebene vorteilhafte Anordnung des Kaltgaskanals um den Heißgaskanal herum.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kanaltrennwand Teil des Trenngehäuses ist. Vorzugsweise bildet die Kanaltrennwand dabei einen der Schaltstrecke zugewandten Gehäuseendabschnitt des Trenngehäuses. Ferner ist das Trenngehäuse beispielsweise trichterartig ausgebildet, wobei die Kanaltrennwand einen in den Düsenkanalendabschnitt hineinragenden Gehäusehals bildet, an den sich ein Gehäuserumpf anschließt, der im Heizvolumen angeordnet ist und einen größeren Innendurchmesser als der Gehäusehals aufweist. Die Ausführung der Kanaltrennwand als Teil des Trenngehäuses ermöglicht eine einstückige Ausführung des Trenngehäuses und der Kanaltrennwand und vereinfacht dadurch die Herstellung und Montage des Trenngehäuses und der Kanaltrennwand. Die Ausbildung der Kanaltrennwand als ein der Schaltstrecke zugewandter Gehäuseendabschnitt des Trenngehäuses berücksichtigt, dass entlang der Schaltstrecke kein ausreichender Bauraum zur Aufnahme des Trenngehäuses zur Verfügung steht, da sich in diesem Bereich der Unterbrechereinheit die Lichtbogenkontaktstücke relativ zueinander bewegen. Die trichterartige Ausbildung des Trenngehäuses ermöglicht eine geeignete Aufteilung des Heizvolumens in einen Kaltgasbereich und einen Heißgasbereich und die Ausbildung des Kaltgaskanals und des Heißgaskanals durch das Trenngehäuse.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich der Düsenkanal zu dem Düsenkanalendabschnitt weitet. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht bzw. vereinfacht die Anordnung des Kaltgaskanals und des Heißgaskanals in dem Düsenkanalendabschnitt.
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Eine erfindungsgemäße Unterbrechereinheit sieht ein Kompressionsvolumen vor, das durch eine Kompressionswand vom Heizvolumen getrennt ist. Die Kompressionswand ist an ein Lichtbogenkontaktstück gekoppelt, so dass sie das Kompressionsvolumen bei einer relativen Bewegung der Lichtbogenkontaktstücke von der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung verkleinert. Ferner weist die Kompressionswand wenigstens eine Kompressionswandöffnung auf, die durch ein Überströmventil verschlossen ist, wenn der Druck im Heizvolumen größer als der Druck im Kompressionsvolumen ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft, den Druckaufbau im Heizvolumen bei einem Ausschaltvorgang durch Zuführung komprimierten Isoliergases aus dem Kompressionsvolumen in das Heizvolumen zu unterstützen, wenn die Stromstärke zu klein ist, um eine ausreichende Druckerhöhung im Heizvolumen zu bewirken. Bei großen Stromstärken, die einen zur Löschung des Lichtbogens ausreichenden Druck im Heizvolumen bewirken, wird das Kompressionsvolumen durch das Überströmventil vorteilhaft verschlossen, so dass kein Isoliergas druckmindernd aus dem Heizvolumen in das Kompressionsvolumen entweicht.
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Das Überströmventil verschließt wenigstens eine Verbindungsöffnung zwischen dem Kaltgasbereich und dem Heißgasbereich des Heizvolumens, wenn der Druck im Heizvolumen kleiner als der Druck im Kompressionsvolumen ist. Dadurch wird das Überströmventil nicht nur zum Verschließen des Kompressionsvolumens bei großen Drücken im Heizvolumen genutzt, sondern auch zum zumindest teilweisen Verschließen des Heißgasbereiches bei kleinen Drücken im Heißgasbereich. Dadurch wird bei kleinen Drücken im Heißgasbereich vorteilhaft komprimiertes Isoliergas aus dem Kompressionsvolumen nur oder zumindest überwiegend in den Kaltgasbereich geleitet, so dass das komprimierte Isoliergas aus dem Kompressionsvolumen im Kaltgasbereich eine größere Druckerhöhung erzeugt als es der Fall wäre, wenn das komprimierte Isoliergas aus dem Kompressionsvolumen gleichmäßig auf das gesamte Heizvolumen verteilt würde.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kaltgaskanal weiter in den Düsenkanal hineinragt als der Heißgaskanal. Auch diese Ausgestaltung der Erfindung bewirkt, dass der Heißgaskanal bei einer Trennung der Lichtbogenkontaktstücke eher freigegeben wird als der Kaltgasbereich mit den oben bereits genannten Vorteilen.
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Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter weist eine erfindungsgemäße Unterbrechereinheit mit den oben bereits genannten Vorteilen auf.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
- 1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Unterbrechereinheit, und
- 2 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Unterbrechereinheit.
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Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Unterbrechereinheit 100 für einen Leistungsschalter.
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Die Unterbrechereinheit 100 weist eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Struktur auf, welche sich um eine Längsachse 1 erstreckt. Die Unterbrechereinheit 100 weist ein erstes Lichtbogenkontaktstück 5 und ein zweites Lichtbogenkontaktstück 6 auf. Dem ersten Lichtbogenkontaktstück 5 ist ein erstes Nennstromkontaktstück 3 zugeordnet. Dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 6 ist ein zweites Nennstromkontaktstück 4 zugeordnet. Die Nennstromkontaktstücke 3, 4 sowie die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 sind jeweils rotationssymmetrisch zu der Längsachse 1 ausgeformt und koaxial zu der Längsachse 1 angeordnet.
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Das erste Lichtbogenkontaktstück 5 ist rohrartig ausgebildet und weist ein dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 6 zugewandtes Kontaktende 20 mit einer tulpenförmigen Kontaktöffnung 21 sowie eine einen Endabschnitt umgebende Schutzhülle 9 aus einem elektrisch isolierenden Material auf. Das zweite Lichtbogenkontaktstück 6 ist bolzenförmig ausgeführt, um unter galvanischem Kontakt in die Kontaktöffnung 21 des ersten Lichtbogenkontaktstückes 5 einfahrbar zu sein. Das zweite Nennstromkontaktstück 4 weist eine Vielzahl von Kontaktfingern 22 auf, welche elastisch verformbar sind und zu einer Kontaktierung mit dem ersten Nennstromkontaktstück 3 auf eine Mantelfläche 23 des ersten Nennstromkontaktstückes 3 auffahrbar sind. Das erste Nennstromkontaktstück 3 sowie das erste Lichtbogenkontaktstück 5 sind zueinandergehörig und weisen unabhängig von einem Schaltzustand der Unterbrechereinheit 100 stets dasselbe elektrische Potential auf. Das zweite Nennstromkontaktstück 4 und das zweite Lichtbogenkontaktstück 6 sind ebenfalls zueinandergehörig und weisen unabhängig von dem Schaltzustand der Unterbrechereinheit 100 stets dasselbe elektrische Potential auf.
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Die Nennstromkontaktstücke 3, 4 und die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 sind entlang der Längsachse 1 relativ zueinander zwischen einer in 1 dargestellten Ausschaltstellung und einer Einschaltstellung bewegbar. In der Ausschaltstellung sind die beiden Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 durch eine Schaltstrecke 2 voneinander getrennt. Entsprechend sind in der Ausschaltstellung die beiden Nennstromkontaktstücke 3, 4 voneinander getrennt. In der Einschaltstellung ist das zweite Lichtbogenkontaktstück 6 in die Kontaktöffnung 21 des ersten Lichtbogenkontaktstücks 5 eingefahren und die Kontaktfinger 22 des zweiten Nennstromkontaktstücks 4 liegen an der Mantelfläche 23 des ersten Nennstromkontaktstückes 3 an. Dabei kontaktieren bei einem Einschaltvorgang die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 einander zeitlich vor den Nennstromkontaktstücken 3, 4. Bei einem Ausschaltvorgang trennen sich zunächst die Nennstromkontaktstücke 3, 4 und zeitlich darauf folgend die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6.
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Bei einer Kontaktierung und bei einer Trennung der Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 entsteht jeweils ein Lichtbogen zwischen den Lichtbogenkontaktstücken 5, 6. Um den Lichtbogen zu lenken und zu leiten, ist eine Isolierstoffdüse 7 vorgesehen. Die Isolierstoffdüse 7 weist einen Düsenkanal 8 auf. Der Düsenkanal 8 ist rotationssymmetrisch ausgebildet und weist eine Kanalengstelle 24 auf, deren Durchmesser zu einem Durchmesser des zweiten Lichtbogenkontaktstücks 6 korrespondiert. Die Isolierstoffdüse 7 umgibt die Schaltstrecke 2 zumindest teilweise und ist koaxial zur Längsachse 1 ausgerichtet. Der Düsenkanal 8 weitet sich zu einem Düsenkanalendabschnitt 25 hin, in den das erste Lichtbogenkontaktstück 5 hineinragt.
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Die Isolierstoffdüse 7 weist außenmantelseitig einen umlaufenden Düsenkragen 26 auf, der ringförmig um das erste Lichtbogenkontaktstück 5 herum verläuft und in einer gegengleichen Ausnehmung an dem ersten Nennstromkontaktstück 3 gelagert ist.
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An den Düsenkanalendabschnitt 25 schließt sich ein Heizvolumen 10 an, das einen Abschnitt des ersten Lichtbogenkontaktstücks 5 umgibt. Radial bezüglich der Längsachse 1 erstreckt sich das Heizvolumen 10 zwischen einer Außenoberfläche des ersten Lichtbogenkontaktstücks 5 und einer Innenoberfläche des ersten Nennstromkontaktstücks 3. Axial bezüglich der Längsachse 1 erstreckt sich das Heizvolumen 10 zwischen einem von dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 6 abgewandten Ende der Isolierstoffdüse 7 und einer Kompressionswand 27, die das Heizvolumen 10 von einem Kompressionsvolumen 28 trennt.
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Die Kompressionswand 27 ist mit dem ersten Lichtbogenkontaktstück 5 verbunden und bewegt sich bei einem Ausschaltvorgang mit dem ersten Lichtbogenkontaktstück 5 von dem zweiten Lichtbogenkontaktstück 6 weg, wobei sie das Kompressionsvolumen 28 bei der Bewegung verkleinert und Isoliergas in dem Kompressionsvolumen 28 komprimiert. Die Kompressionswand 27 weist mehrere Kompressionswandöffnungen 29 zu dem Heizvolumen 10 auf.
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Ein Trenngehäuse 11 unterteilt das Heizvolumen 10 in einen Kaltgasbereich 31 und einen Heißgasbereich 32. Ferner unterteilt das Trenngehäuse 11 den Düsenkanalendabschnitt 25 in einen mit dem Kaltgasbereich 31 verbundenen Kaltgaskanal 33 und einen mit dem Heißgasbereich 32 verbundenen Heißgaskanal 34. Das Trenngehäuse 11 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Längsachse 1 ausgebildet und umgibt einen das Kontaktende 20 aufweisenden Endabschnitt des ersten Lichtbogenkontaktstücks 5.
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Das Trenngehäuse 11 ist trichterartig mit einem in dem Heizvolumen 10 angeordneten Gehäuserumpf 30 und einem in den Düsenkanalendabschnitt 25 hineinragenden Gehäusehals ausgebildet.
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Der Gehäusehals weist eine hohlzylindrische Kanaltrennwand 35 zwischen dem Kaltgaskanal 33 und dem Heißgaskanal 34 und eine schaltstreckenseitige Gehäuseöffnung 36 des Trenngehäuses 11 auf. Der Kaltgaskanal 33 wird von einer Außenoberfläche der Kanaltrennwand 35 und einer den Düsenkanalendabschnitt 25 berandenden Innenoberfläche der Isolierstoffdüse 7 berandet. Der Heißgaskanal 34 wird von einer Innenoberfläche der Kanaltrennwand 35 und einer Außenoberfläche des ersten Lichtbogenkontaktstücks 5 berandet.
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Der Gehäuserumpf 30 des Trenngehäuses 11 wird durch einen Gehäusemantel 37, eine Gehäuseschulter 38 und einen Gehäusekragen 39 gebildet. Der Gehäusemantel 37 ist als ein Hohlzylinder ausgebildet, dessen Zylinderachse die Längsachse 1 ist und der einen größeren Innendurchmesser als die Kanaltrennwand 35 aufweist. Die Gehäuseschulter 38 verbindet den Gehäusemantel 37 mit der Kanaltrennwand 35. Der Gehäusekragen 39 bildet ein von der Schaltstrecke 2 abgewandtes und dem Kompressionsvolumen 28 zugewandtes Ende des Trenngehäuses 11. Der Gehäusekragen 39 steht von dem Gehäuserumpf 30 nach innen ab und erstreckt sich von dem Gehäuserumpf 30 bis zu dem ersten Lichtbogenkontaktstück 5, das durch den Gehäusekragen 39 geführt ist. Der Gehäusekragen 39 verläuft parallel zu der Kompressionswand 27 und ist von der Kompressionswand 27 beabstandet. Der Gehäusekragen 39 weist mehrere Verbindungsöffnungen 40 auf, die den Kompressionswandöffnungen 29 in der Kompressionswand 27 gegenüber liegen. Der von dem Trenngehäuse 11 umgebene Bereich des Heizvolumens 10 bildet den Heißgasbereich 32 des Heizvolumens 10, der übrige Bereich des Heizvolumens 10 bildet den Kaltgasbereich 31.
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Zwischen den Kompressionswandöffnungen 29 in der Kompressionswand 27 und den Verbindungsöffnungen 40 in dem Gehäusekragen 39 ist ein Überströmventil 41 angeordnet, das ringförmig um das erste Lichtbogenkontaktstück 5 herum verläuft. Das Überströmventil 41 ist zwischen einer in 1 dargestellten ersten Ventilstellung und einer zweiten Ventilstellung bewegbar. In der ersten Ventilstellung verschließt das Überströmventil 41 die Kompressionswandöffnungen 29 in der Kompressionswand 27, in der zweiten Ventilstellung verschließt das Überströmventil 41 die Verbindungsöffnungen 40 in dem Gehäusekragen 39. Die Ventilstellung des Überströmventils 41 hängt von der Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem Kompressionsvolumen 28 und dem Druck in dem Heizvolumen 10 im Bereich des Überströmventils 41 ab. Wenn der Druck in dem Kompressionsvolumen 28 kleiner als dieser Druck in dem Heizvolumen 10 ist, nimmt das Überströmventil 41 die erste Ventilstellung ein. Wenn der Druck in dem Kompressionsvolumen 28 größer als dieser Druck in dem Heizvolumen 10 ist, nimmt das Überströmventil 41 die zweite Ventilstellung ein.
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Dem Kompressionsvolumen 28 ist eine Druckablasskammer 42 nachgeordnet, die ein Überdruckventil 43 zu dem Kompressionsvolumen 28 aufweist. Wenn der Druck in dem Kompressionsvolumen 28 einen Druckschwellenwert überschreitet, öffnet das Überdruckventil 43, so dass Isoliergas aus dem Kompressionsvolumen 28 in die Druckablasskammer 42 und durch Kammeröffnungen 45 der Druckablasskammer 42 aus der Druckablasskammer 42 strömen kann. Das Überdruckventil 43 dieses Ausführungsbeispiels ist federbelastet ausgeführt, so dass der Druckschwellenwert durch eine Vorspannung einer Feder 44 bestimmt wird.
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Im Betrieb der Unterbrechereinheit 100 ist die Unterbrechereinheit 100 mit einem Isoliergas, beispielsweise mit Schwefelhexafluorid, Stickstoff oder einem anderen geeigneten Gas befüllt. Isoliergas befindet sich insbesondere in dem Düsenkanal 8, dem Heizvolumen 10 und dem Kompressionsvolumen 28. Bei einem Ausschaltvorgang, bei dem die Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 voneinander getrennt werden, kommt es zu einem Brennen eines Lichtbogens zwischen den beiden Lichtbogenkontaktstücken 5, 6. Der Lichtbogen erhitzt in seiner Umgebung befindliches Isoliergas, welches daraufhin expandiert und vornehmlich durch den Heißgaskanal 34 in den Heißgasbereich 32 des Heizvolumens 10 strömt, da der Heißgaskanal 34 bei der Trennung der Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 vor dem Kaltgaskanal 33 freigegeben wird. Das in den Heißgasbereich 32 strömende Isoliergas erhöht den Druck in dem Heißgasbereich 32. Gleichzeitig wird bei der Trennung der Lichtbogenkontaktstücke 5, 6 durch die Bewegung der Kompressionswand 27 das Isoliergas in dem Kompressionsvolumen 28 komprimiert und der Druck in dem Kompressionsvolumen 28 erhöht.
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Die Druckerhöhung in dem Heißgasbereich 32 ist von der Stromstärke abhängig. Bei kleinen Stromstärken ist die Druckerhöhung in dem Heißgasbereich 32 relativ gering, so dass der in dem Kompressionsvolumen 28 erzeugte Druck größer als der Druck in dem Heißgasbereich 32 wird und das Überströmventil 41 die zweite Ventilstellung einnimmt, in der es die Verbindungsöffnungen 40 in dem Gehäusekragen 39 des Trenngehäuses 11 verschließt. Dadurch wird der Kaltgasbereich 31 von dem Heißgasbereich 32 getrennt und über die Kompressionswandöffnungen 29 in der Kompressionswand 27 mit dem Kompressionsvolumen 28 verbunden, so dass Isoliergas aus dem Kompressionsvolumen 28 in den Kaltgasbereich 31 strömt. Das Isoliergas strömt nach der Freigabe des Kaltgaskanals 33 aus dem Kaltgasbereich 31 durch den Kaltgaskanal 33 zu dem Lichtbogen und löscht schließlich den Lichtbogen. Da der Heißgasbereich 32 dabei durch das Überströmventil 41 verschlossen ist, ist der dem aus dem Kompressionsvolumen 28 strömenden Isoliergas zur Verfügung stehende Raum des Heizvolumens 10 auf den Kaltgasbereich 31 reduziert, wodurch vorteilhaft der Druck in dem Isoliergas und damit die Löschwirkung des Isoliergases gegenüber einer Situation, in der Isoliergas aus dem Kompressionsvolumen 28 in das gesamte Heizvolumen 10 strömt, erhöht werden.
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Bei großen Stromstärken ist die Druckerhöhung in dem Heißgasbereich 32 entsprechend groß, so dass der Druck in dem Heißgasbereich 32 größer als der in dem Kompressionsvolumen 28 erzeugte Druck ist und das Überströmventil 41 die erste Ventilstellung einnimmt, in der es die Verbindungsöffnungen 40 in dem Gehäusekragen 39 des Trenngehäuses 11 freigibt und die Kompressionswandöffnungen 29 in der Kompressionswand 27 verschließt. Dadurch strömt erhitztes Isoliergas durch die Verbindungsöffnungen 40 aus dem Heißgasbereich 32 in den Kaltgasbereich 31 und erhöht den Druck in dem Kaltgasbereich 31. Wenn der Lichtbogen an Intensität verliert und die Rückströmung von Isoliergas aus dem Heizvolumen 10 zu dem Lichtbogen einsetzt, strömt Isoliergas sowohl aus dem Kaltgasbereich 31 durch den Kaltgaskanal 33 als auch aus dem Heißgasbereich 32 durch den Heißgaskanal 34 zu dem Lichtbogen und löscht schließlich den Lichtbogen. Dabei verbessert das Zusammenwirken des Kaltgaskanals 33 und des Heißgaskanals 34 die Löschwirkung des Isoliergases durch die Vergrößerung der axialen Ausdehnung, über die der Lichtbogen mit Isoliergas beströmt wird. Ein in dem Kompressionsvolumen 28 entstehender gefährlicher Überdruck wird über die Druckablasskammer 42 abgebaut.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Unterbrechereinheit 100 für einen Leistungsschalter. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nur durch die Ausgestaltung und Anordnung des Trenngehäuses 11 und die Form des Düsenkanalendabschnitts 25 sowie der damit einhergehenden Ausgestaltung des Kaltgasbereiches 31, des Heißgasbereiches 32, des Kaltgaskanals 33 und des Heißgaskanals 34.
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Das Trenngehäuse 11 ist trichterartig mit einem in dem Heizvolumen 10 angeordneten Gehäuserumpf 30 und einem in den Düsenkanalendabschnitt 25 hineinragenden Gehäusehals ausgebildet.
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Der Gehäusehals unterscheidet sich von dem Gehäusehals des in 1 dargestellten Trenngehäuses 11 dadurch, dass das Ende des Gehäusehalses dieselbe Wandstärke wie der übrige Gehäusehals aufweist, während das Ende des Gehäusehalses des in 1 dargestellten Trenngehäuses 11 eine größere Wandstärke als der übrige Gehäusehals aufweist. Außerdem ist das Ende des Gehäusehalses leicht zu dem Kontaktende 20 des ersten Lichtbogenkontaktstücks 5 hin umgebogen.
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Der Gehäuserumpf 30 unterscheidet sich von dem Gehäuserumpf 30 des in 1 dargestellten Trenngehäuses 11 dadurch, dass er keinen Gehäusekragen 39 aufweist, dass der Gehäusemantel 37 mehrere Verbindungsöffnungen 40 zu dem Kaltgasbereich 31 aufweist, und dass die Gehäuseschulter 38 weniger steil ausgebildet ist. Der Gehäusemantel 37 ist mit der Kompressionswand 27 verbunden. Die Kompressionswandöffnungen 29 in der Kompressionswand 27 münden direkt in den Heißgasbereich 32. Das Überströmventil 41 ist in dem Heißgasbereich 32 vor den Kompressionswandöffnungen 29 angeordnet.
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Das Überströmventil 41 ist zwischen einer in 2 dargestellten ersten Ventilstellung und einer zweiten Ventilstellung bewegbar ist. In der ersten Ventilstellung verschließt das Überströmventil 41 die Kompressionswandöffnungen 29 in der Kompressionswand 27, in der zweiten Ventilstellung öffnet das Überströmventil 41 die Kompressionswandöffnungen 29, wobei es von den Kompressionswandöffnungen 29 beabstandet ist. Die Ventilstellung des Überströmventils 41 hängt von der Druckdifferenz zwischen einem Druck in dem Kompressionsvolumen 28 und einem Druck in dem Heißgasbereich 32 ab. Wenn der Druck in dem Kompressionsvolumen 28 kleiner als der Druck in dem Heißgasbereich 32 ist, nimmt das Überströmventil 41 die erste Ventilstellung ein. Wenn der Druck in dem Kompressionsvolumen 28 größer als der Druck in dem Heißgasbereich 32 ist, nimmt das Überströmventil 41 die zweite Ventilstellung ein.
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Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsöffnungen 40 in dem Trenngehäuse 11, die den Heißgasbereich 32 mit dem Kaltgasbereich 31 verbinden, nicht verschließbar.
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Entsprechend strömt bei einem Ausschaltvorgang immer, insbesondere auch bei kleinen Stromstärken, Isoliergas von dem Heißgasbereich 32 in den Kaltgasbereich 31. Wie im Falle des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels verschließt das Überströmventil 41 im Falle großer Stromstärken die Kompressionswandöffnungen 29, so dass der Lichtbogen in diesem Fall nur von Isoliergas aus dem Kaltgasbereich 31 und dem Heißgasbereich 32 gelöscht wird. Im Fall kleiner Stromstärken tritt Isoliergas aus dem Kompressionsvolumen 28 hinzu, das durch die Kompressionswandöffnungen 29 in den Heißgasbereich 32 eintritt und von dort durch das vor den Kompressionswandöffnungen 29 angeordnete Überströmventil 41 überwiegend zu Verbindungsöffnungen 40 gelenkt wird und durch diese Verbindungsöffnungen 40 in den Kaltgasbereich 31 strömt, so dass das aus dem Kompressionsvolumen 28 strömende Isoliergas überwiegend in den Kaltgasbereich 31 strömt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
