DE1172347B - Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand mit einer Fluessigkeit mit elektrolytischer Leitfaehigkeit - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: H 02 c

Deutsche Kl.: 21 c - 36/02

Nummer: 1 172 347

Aktenzeichen: L 33412 VIII d / 21 c

Anmeldetag: 10. Juni 1959

Auslegetag: 18. Juni 1964

Der Gedanke, mit HiMe leitender Flüssigkeiten elektrische Stromkreise zu schalten oder zu regeln, ist schon vielfach ausgesprochen und verwirklicht worden. Trotzdem haben sich derartige Schalter bis heute in der Elektrotechnik, abgesehen von Sonderfällen, nicht eingeführt. Der Grund hierfür dürfte in einigen unangenehmen Eigenschaften der leitenden Flüssigkeiten liegen, beispielsweise in der bei hoher Stromdichte auftretenden Verdampfung, in der chemischen Zersetzung durch den Stromdurchgang und in den Schwierigkeiten, den Widerstand der Flüssigkeit in genügendem Maß, beispielsweise um vier bis fünf Größenordnungen, zu variieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu überwinden. Es ist bereits ein elektrischer Schalter bekannt, bei dem während des Schaltvorganges der Strom von Elektrode zu Elektrode über eine Flüssigkeit mit elektrolytischer Leitfähigkeit geht. Auch bei dieser Anordnung ist im geschlossenen Zustand des Schalters die Flüssigkeitsstrecke durch einen metallischen Kontakt überbrückt. Es wird bei dieser Anordnung davon Gebrauch gemacht, den Widerstand der Flüssigkeitsstrecke durch Bewegung der Elektroden bis zur Unterbrechung des Stromes zu vergrößern.

Es ist weiterhin ein Schalter mit in Widerstandsflüssigkeit bewegten Elektroden bekannt, zwischen welche zur Stromunterbrechung ein mit der Elektrodenbewegung zunehmender Widerstand eingeschaltet wird. Bei dieser Anordnung wird die Flüssigkeit zwischen den Elektroden während des Schaltvorganges durch, fortlaufendes Nachschieben frischer Schaltfiüssigkeit ersetzt bzw. ergänzt. Weiterhin ist ein elektrischer Starkstromschalter bekannt, dessen Kontakte in einen Elektrolyten tauchen und bei dem die endgültige Stromunterbrechung über einen Widerstand, der durch den Elektrolyten selbst gebildet wird, erfolgt. Es ist schließlich noch bekannt, den Elektrolytwiderstand eines Schalters so auszubilden, daß der Elektrolyt am Anfang der Schaltbewegung einen großen Querschnitt und einen kurzen Weg für den Strom aufweist und daß bei der Elektrodenbewegung der Querschnitt verkleinert und der Weg vergrößert wird.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter oder Stellwiderstand, bei dem während des Schaltbzw. Stellvorganges der Strom von Elektrode zu Elektrode über eine Flüssigkeit mit elektrolytischer Leitfähigkeit geht, die im geschlossenen Zustand des Schalters durch einen metallischen Kontakt überbrückt ist. Ernndungsgemäß füllt bei der Öffnung des Schaltkontaktes die Flüssigkeit zunächst einen so Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand mit
einer Flüssigkeit mit elektrolytischer Leitfähigkeit

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Floris Koppelmann, Berlin-Siemensstadt

breitfiächigen engen Raum zwischen den Elektroden aus, daß der Spannungsabfall des vollen Betriebsstromes an den Schaltkontakten in dem Augenblick, in dem ihre metallisch leitende Verbindung unterbrochen wird, durch den Widerstand der parallel ge-

ao schalteten Flüssigkeit nicht größer als etwa 10 V ist.

Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen

wird bei dem Gegenstand der Erfindung sofort der volle Betriebsstrom unterbrochen. Es handelt sich also insbesondere nicht um eine stufenweise Verkleinerung des Betriebsstromes mit einer schließlich erfolgenden Unterbrechung eines Reststromes. Der Erfindungsgegenstand unterscheidet sich also in seiner Arbeitsweise dadurch vorteilhaft von den bekannten Anordnungen, daß jede Lichtbogenbildung vermieden wird.

Bei großen Strömen ist es nicht einfach, einen Spannungsabfall des vollen Betriebsstromes am Widerstand der Flüssigkeit von nur 10 V einzuhalten, beispielsweise müßte der Widerstand der Flüssigkeit bei einem Strom von 1000 A gleich oder kleiner als Vioo Ω sein. Wenn man diese Spannungsgrenze erweitern will, kann man den metallischen Überbrückungsschalter statt mit einer mit mehreren in Reihe liegenden gleichzeitig öffnenden Trennstrecken ausstatten. Der Spannungsabfall in der Flüssigkeit kann im Augenblick der Kontaktöffnung dann ein entsprechendes Vielfaches von 10 V sein. Verwendet man statt metallischer Kontakte solche aus Kohle, läßt sich die Spannungsgrenze annähernd auf 20 V erhöhen. Damit eine ausreichende Stromverkleinerung zustande kommt, muß der Widerstand der Flüssigkeit, der anfangs beispielsweise Vioo Ω beträgt, im Verlauf des Schalt- oder Regelvorganges um viele Größenordnungen erhöht werden. Beispielsweise muß der Widerstand bei einem Stromkreis von 1000 V (elektrische Bahnen) auf etwa 1000 Ω, d. h. um fünf Größenordnungen, ansteigen, wenn der Rest-

409 600/353

strom in die Größenordnung von 1 A heruntergedrückt werden soll. Während der Erhöhung des Flüssigkeitswiderstandes tritt in der Flüssigkeit ein Leistungsumsatz auf, welcher die Gefahr mit sich bringt, daß die Flüssigkeit an gewissen Stellen verdampft und daß durch den entstehenden Dampf zwischen den Elektroden eine Entladung zündet. Dies wird durch verschiedene Weiterbildungen der Erfindung verhindert, beispielsweise durch eine isolierende Auskleidung des Raumes, in den die bewegliche Elektrode beim Ausschalten gezogen wird. Um den Strom am Ende des Regel- oder Schaltvorganges gänzlich zu unterbrechen, ist es zweckmäßig, eine der Elektroden ganz von der Flüssigkeit zu trennen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Flüssigkeit aus dem Elektrodenzwischenraum verdrängt wird, oder auch dadurch, daß eine der Elektroden aus der Flüssigkeit herausgezogen wird. Versuche haben ergeben, daß besonders dann, wenn diese Elektrode im Augenblick der Trennung positives Vorzeichen gegenüber der Flüssigkeitsoberfläche hat, nur schwer eine Gasentladung zündet. Der Grund hierfür liegt darin, daß sich auf einer Flüssigkeitsoberfläche mit Ionenleitung, also beispielsweise einer elektrolytischen Flüssigkeit, nur schwer oder gar nicht ein Bogenkathodenfall ausbilden kann. Selbst bei Strömen von einigen hundert Ampere sind zur Zündung einer stromstarken Entladung in diesem Fall Spannungen erforderlich, die 1000 V oder mehr erreichen können.

Zur endgültigen Unterbrechung des Flüssigkeitszusammenhanges mit den Elektroden kann man auch die Elektroden in der Flüssigkeit belassen und den Zusammenhang der Flüssigkeit selbst unterbrechen, entweder durch Verdrängung der Flüssigkeit oder durch isolierende Barrieren. In diesem Fall kann sich eine Schaltentladung nur zwischen den beiden sich trennenden Flüssigkeitsoberflächen bilden, was unabhängig von der Polarität nicht ohne weiteres möglich ist.

Eine große Schwierigkeit bei Schaltern oder Stellwiderständen mit leitenden Flüssigkeiten besteht in der Verdampfung der Flüssigkeit unter dem Einfluß des Stromdurchganges. Um diese Verdampfung zu erschweren oder zu verhindern, wird die Flüssigkeit nach einer Weiterbildung der Erfindung während des Schalt- bzw. Stellvorganges unter statischen Überdruck gesetzt. Dieser Überdruck kann sehr hoch gewählt werden, beispielsweise bis an den kritischen Druck hin, bei dem grundsätzlich keine Verdampfung mehr auftritt. Zu dem Zweck muß unter Umständen die Flüssigkeit unter die kritische Temperatur gekühlt werden. Der statische Überdruck hat gleichzeitig den Vorteil der Erhöhung der Durchschlagfestigkeit der am Ende des Schalt- oder Stellvorganges auftretenden gasförmigen Trennstrecke.

Zu einer besonderen Ausführung der Erfindung gelangt man, wenn man im Laufe des Schalt- oder Stellvorganges den spezifischen Widerstand der leitenden Flüssigkeit erhöht und dadurch den Strom herabsetzt. Beispielsweise kann man, wenn man als leitende Flüssigkeit eine Salzlösung verwendet, letztere während des Schaltvorganges durch eine weniger konzentrierte Lösung nach und nach ersetzen und schließlich den Zwischenraum zwischen den Elektroden mit destilliertem Wasser oder gar mit einer isolierenden Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl, Hexan od. dgl., ausfüllen.

Wie auch immer man die Erhöhung des Widerstandes der Flüssigkeit während des Schalt- oder Stellvorganges bewerkstelligt, es muß angestrebt werden, daß während des Schaltvorganges möglichst an keiner Stelle Verdampfung der Flüssigkeit auftritt. Um dies zu erreichen, muß die Stromdichte in allen Bereichen des Flüssigkeitswiderstandes um so kleiner gehalten werden, je größer der spezifische Widerstand der Flüssigkeit und je langer die Bean-Spruchungsdauer ist. Die sich einstellende Stromdichte hängt bei gegebener Flüssigkeit von der Größe und Formgebung der Elektroden ab, und zwar muß das zwischen den Elektroden vorhandene Flüssigkeitsvolumen um so größer sein, je größer das Produkt aus Strom und Spannung an der Schaltstrecke ist und je langsamer geschaltet wird. Der Geschwindigkeit des Schaltens ist unter anderem durch die im Stromkreis entstehende Überspannung eine Grenze gesetzt. Daraus folgt, daß sich bei großen Strömen und Spannungen eine gewisse Mindestgröße für den Querschnitt und für die Länge der stromdurchflossenen Flüssigkeitsstrecke nicht unterschreiten läßt, und zwar muß am Anfang des Schaltvorganges bei kleiner Länge der Querschnitt der Flüssigkeit groß, am Ende des Schaltvorganges dagegen bei kleinem Querschnitt die Länge groß sein. Die nötige Variation des Widerstandes läßt sich in vielen Fällen nicht allein durch Querschnittsänderung oder allein durch Längenänderung erzielen, vielmehr müssen beide Mittel zur Anwendung kommen.

Es kann auch die beim Verdampfen der Flüssigkeit auftretende Gasentwicklung benutzt werden, den Widerstand der Flüssigkeitsstrecke heraufzusetzen. Die Verdampfung kann dabei willkürlich von außen dadurch eingeleitet werden, daß ein vor dem Schaltvorgang auf der Flüssigkeit lastender hoher Druck derart vermindert wird, daß bei der vorhandenen Temperatur und dem verminderten Druck Sieden auftritt. Durch in die Flüssigkeit eingebaute Blenden, Siebe oder Düsen kann erreicht werden, daß die entstehenden Dampfblasen den Zusammenhang der Flüssigkeit in gewünschter Weise unterbrechen, ähnlich wie dies beim bekannten Wehnelt-Unterbrecher durch die vom Stromdurchgang selbst hervorgerufene Verdampfung bewirkt wird. Gegenüber dem Wehnelt-Unterbrecherprinzip hat die Anordnung nach der Erfindung mit willkürlicher Steuerung des statischen Druckes den Vorteil, daß sie weniger abhängig von der durch die Flüssigkeit fließenden Stromstärke arbeitet.

Zu praktisch brauchbaren Lösungen kommt man in manchen Fällen, wenn man die Verdrängung der Flüssigkeit aus dem Elektrodenraum oder die Bewegung der Elektroden hydraulisch durch isolierende Flüssigkeiten oder durch Preßgas bewirkt. Unterwerfung der Flüssigkeit unter statischen Überdruck während des Schaltvorganges hat den Vorteil, daß sie die Bildung von Dampf- oder Gasblasen erschwert, außerdem können durch Anwendung hoher Drücke große Geschwindigkeiten der Flüssigkeitsoder Elektrodenbewegung erzielt werden.

Handelt es sich um Schalter oder Steller, die häufig oder periodisch arbeiten, so ist es von besonderer Bedeutung, daß die schaltende Flüssigkeit erneuert wird, bevor sie in unzulässiger Weise erwärmt oder zersetzt ist. Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird daher bei derartigen Schaltern oder Stellern die leitende Flüssigkeit innerhalb der Schaltstrecke

ständig durch neue ersetzt. In vielen Fällen kann dies derart geschehen, daß ein geschlossener Flüssigkeitskreislauf mit Kühler und gegebenenfalls Filter zur Anwendung kommt. In anderen Fällen, besonders bei Schaltern oder Stellern, die weniger oft benutzt werden, kann man auch aus einem Behälter bei jedem Schalt- oder Stellvorgang ein neues Flüssigkeitsvolumen als Schaltflüssigkeit in die Schaltstrecke bringen und die verbrauchte Flüssigkeit ausstoßen und abführen.

Bei gewissen elektrolytischen Flüssigkeiten entstehen durch den Stromdurchgang Zersetzungsgase, beispielsweise Knallgas. Durch chemische Mittel, im Fall des Knallgases auch durch Anzünden, kann man diese Zersetzung rückgängig machen, so daß der Elektrolyt im ursprünglichen Zustand erhalten bleibt und keine gefährlichen Gasbildungen auftreten. Andererseits kann man die Zersetzungsgase oder den entstehenden Dampf unter Umständen auch benutzen, um die Verdrängung der Flüssigkeit oder die Bewegung der Elektroden, welche die Widerstandsänderung hervorrufen sollen, zu erwirken.

Der für die Zwecke der Erfindung notwendige Überbrückungsschalter wird zweckmäßigerweise zwangläufig durch die bewegte Elektrode oder durch die verdrängte Flüssigkeit geöffnet bzw. geschlossen. Auf diese Weise läßt sich erzielen, daß der metallische Überbrückungskontakt möglichst kurze Zeit vor dem Beginn des Schaltvorganges geöffnet und möglichst kurze Zeit nach Beendigung des Schalt-Vorganges geschlossen wird, so daß der Stromdurchgang durch die Flüssigkeit auf möglichst kurze Zeit beschränkt wird und eine zwangläufige Zuordnung der Bewegungen zueinander sichergestellt ist.

In F i g. 1 der Zeichnung ist ein Schalter nach der Erfindung als Ausführungsbeispiel dargestellt. In ein metallisches Gehäuse 1 ist isoliert eine kegelförmige Elektrode 2 von oben her eingeführt. Der Schaft 3 dieser Elektrode trägt isoliert einen Kolben 4, welcher in dem metallischen Rohr 1 gleiten kann. Der obere Teil 5 des Schaftes 3 ist als Isolierstößel ausgebildet, welcher die metallische Brücke 6 von den festen Kontaktstücken 7 und 8 des metallischen Überbrükkungsschalters abhebt, wenn der Kolben 4 nach oben bewegt wird. Bewegt man den Kolben 4 nach unten hin, so setzt sich die metallische Brücke 6 unter dem Einfluß der Federkraft 9 auf die Kontaktstücke 7 und 8 auf, so daß der Strom i seinen Weg von 7 über 6 nach 8 nimmt. Das metallische Gehäuse 1 ist mit dem Kontakt 7 leitend verbunden, der Kegel 2 über den Schaft 3 und die Leitung 10 mit dem Kontaktstück 8. Im geschlossenen Zustand befindet sich der Kegel 2 in seiner untersten Stellung, der Spiegel der leitenden Flüssigkeit hat dabei seine höchste Stellung 11. Die Mantelflächen des Kegels 2 können dabei den kegeligen Sitz 12 des Rohres 1 berühren oder auch einen geringen Abstand von ihm haben. Jedenfalls muß der Widerstand zwischen dem Rohr 12 und dem Kegel 2 in dieser Stellung klein genug sein, um bei der Öffnung der Kontaktbrücke keinen größeren Spannungsabfall als zweimal 10 V (Doppelunterbrechung) hervorzurufen. Führt man unter dem Kolben durch die Öffnung 13 Preßluft ein, so wird der auf dem Schaft 3 isoliert befestigte Kolben 4 nach oben getrieben, so daß die Brücke 6 von den Kontaktstücken 7 und 8 abgehoben wird. Gleichzeitig hebt sich der Kegel 2 in die Höhe, so daß der Spalt zwischen 2 und 12 größer wird. Die bei 13 eingeführte Preßluft drückt die Flüssigkeit durch den Spalt nach unten, im Spalt selbst tritt also eine kräftige Flüssigkeitsströmung auf, die übermäßige Erwärmung der Flüssigkeit durch den Stromdurchgang verhindert. Wenn der Kolben an seinem oberen Anschlag angelangt ist, ist der Kegel 2 aus der Flüssigkeit herausgehoben und der Flüssigkeitsspiegel auf die Stellung 18 abgesenkt. Die Unterbrechung des durch den eingeschalteten Flüssigkeitswiderstand verringerten Stromes erfolgt zwischen der sich nach oben bewegenden Spitze des metallischen Kegels 2 und der sich nach unten bewegenden Flüssigkeitsoberfläche. Richtet man es so ein, daß dabei die Flüssigkeitsoberfläche negativ ist gegenüber der Kegelspitze, so kann sich im Augenblick der Trennung der Kegelspitze von der Flüssigkeit nur schwer eine Entladung bilden, so daß ein derartiger Schalter Ströme von vielen hundert Ampere und Spannungen von vielen hundert Volt auch bei induktiven Gleichstromkreisen praktisch lichtbogenfrei zu unterbrechen vermag. Beim Wiedereinschalten wird durch die Öffnung 14 Preßluft auf die obere Seite des Kolbens 4 gegeben, so daß letzterer sich nach unten bewegt. Dabei taucht zunächst die Spitze des Kegels 2 in die Flüssigkeit ein, der Flüssigkeitsspiegel wird gehoben und in den sich zwischen Kegel 2 und Kegelsitz 12 ausbildenden Ringspalt von unten hineingepreßt, so daß auch beim Einschalten die Gefahr der Verdampfung der Flüssigkeit durch schnelle Bewegung verhindert wird. Zum Schluß des Einschaltvorganges setzt die Brücke 6 wieder auf die festen Kontaktstücke 7 und 8 auf, so daß die Flüssigkeit stromlos wird. Unterhalb der Kegelspitze befindet sich ein Flüssigkeitssumpf 15. Dieser kann bedeutend größer bemessen werden als in der Zeichnung, damit sich bei häufigen Schaltungen in ihm alle unerwünschten Zersetzungsprodukte ablagern können. Die Kegelspitze 2 ist bei der Unterbrechung von einem Isolierrohr 16 umgeben, damit nicht eine Entladung von der Spitze zur Wand zünden kann. Das Metallrohr 1 trägt rundherum Kühlrippen 17, die eine übermäßige Erwärmung der Flüssigkeit bei wiederholtem Schalten verhindern. Versuche mit einer derartigen Anordnung ergaben, daß Ströme von mehreren hundert Ampere bei Spannungen von 500 bis 1000 V sich praktisch lichtbogenfrei in einigen Millisekunden unterbrechen lassen, und zwar sowohl bei Wechselstrom als auch bei induktivem Gleichstrom. Derartige Leistungen treten beispielsweise auf bei der Schaltung oder Regelung der Antriebsmotore von Elektrofahrzeugen wie Straßenbahnen, S-Bahnen, Fernbahnen. Diese Fahrzeuge werden heute mit Hilfe von mechanischen Lichtbogenschaltern und metallischen Festwiderständen geschaltet und geregelt. Dabei macht sich störend bemerkbar, daß bei hoher Schalthäufikeit die Lichtbogenschalter unerwünscht großen Elektrodenabbrand aufweisen. Der praktisch lichtbogenfreie Schalter nach der Erfindung ist dazu geeignet, besonders bei hohen Schalthäufigkeiten die Lebensdauer der Schalteinrichtung heraufzusetzen.

In Fig. 2 ist das Beispiel eines Flüssigkeitsstellwiderstandes nach der Erfindung dargestellt. Ein Kontaktstab 1' trägt an seinem unteren Ende eine isolierte Umhüllung 2' von gleichem Durchmesser. Der Strom wird diesem Kontaktstab an seinem oberen Ende zugeführt und von dem feststehenden Kontaktstück 3' abgenommen. Der Kontaktstab 1' ist auf einem größeren Teil seiner Länge von einem Isolier-

rohr 4' umgeben, dessen innerer Durchmesser nur wenig größer ist als der Durchmesser des Kontaktstabes. Durch den Ringspalt zwischen 1' und 4' wird durch eine Pumpe 5' eine elektrolytische Flüssigkeit gedrückt. Diese Flüssigkeit tritt bei 6' in einen erweiterten Ringspalt ein, strömt durch das Isolierrohr 4' und den unteren erweiterten Ringspalt 7', darauf durch das Kontaktstück 3' in den Vorratsbehälter 8'. Von diesem Behälter saugt die Pumpe 5' die Flüssigkeit über einen Kühler 9' und einen Filter 10' wieder an und befördert sie im Kreislauf erneut durch das Isolierrohr 4'. Eine Dichtung 11' verhindert den Austritt der Flüssigkeit aus der Anordnung, so daß letztere in geschlossenem Umlauf auch unter hohem statischem Überdruck arbeiten kann. Zum Verstellen des Widerstandes zwischen dem Kontaktstab 1' und dem festen Kontaktstück 3' wird der Stab 1' auf und ab bewegt. In der untersten Stellung befindet sich das untere Ende des Kontaktstabes 1' in der engen Bohrung des Kontaktstückes 3', wo federnde Kontaktfinger 12' für eine metallische Berührung zwischen dem Kontaktstab 1' und dem Kontaktstück 3' Sorge tragen. In der dargestellten Stellung gleiten diese Kontaktfinger auf der Isolierhülse 2', so daß die direkte metallische Verbindung aufgehoben ist. Der Strom kann nur noch vom unteren Ende 13' des Kontaktstabes zu den konisch erweiterten Wandungen des Kontaktstückes 3' durch die strömende Flüssigkeit hindurchfließen. Je höher der Kontaktstab 1' gezogen wird, um so größer wird der Widerstand der Flüssigkeitsstrecke, da ihre Länge größer wird und außerdem die isolierte Umhüllung 2' des Kontaktstabes nach und nach immer größere Längen des Isolierrohres 4' ausfüllt, so daß für den Strom nur die Fläche des engen Ringspaltes zwischen 2' und 4' zur Verfügung bleibt. Durch diesen Ringspalt wird mit großer Geschwindigkeit, gegebenenfalls unter hohem statischem Druck, die Flüssigkeit getrieben, so daß sie nicht verdampfen kann und entstehende Zersetzungsgase gelöst bleiben und schnellstens entfernt werden. Die Querschnitte, die Leitfähigkeit der Flüssigkeit, ihre Strömungsgeschwindigkeit und der statische Überdruck werden so aufeinander abgestimmt, daß in jeder Stellung des Kontaktstabes, d. h. bei jedem Widerstand, der Strom dauernd fließen kann. Zur Kühlung kann auch das Kontaktstück 3' mit seinem Behälter 8' mit Kühlrippen 14' versehen werden. Wesentlich für die zweckmäßigste Abstufung des Flüssigkeitswiderstandes, abhängig von der Stellung des Kontakt-Stabes 1' ist die konische Erweiterung T im Kontaktstück 3' und anschließend im Isolierrohr 4'. Letztere kann sich unter Umständen bis auf die ganze Länge des Isolierrohres 4' nach oben hin erstrecken. Mit der beschriebenen Anordnung lassen sich Wider-Standsänderungen von mehreren Größenordnungen erreichen, wie sie für Schalt- und Regelzwecke erforderlich sind. Mit zunehmender Stromstärke wird man den Durchmesser des Kontaktstabes 1' größer wählen, mit zunehmender Spannung die Länge des Isolierrohres 4'. Um die Dichtung 11' zu vermeiden, kann man auch im oberen Kontaktstück 15' federnde Kontaktfinger entsprechend 12' anordnen, das Kontaktstück 15' ebenso wie die Kammer 8' um den Kontaktstab schließen und die Bewegung des Kontaktstabes in axialer Richtung hydraulisch oder magnetisch vornehmen. Die konischen Erweiterungen 6' und 7' müssen ebenso wie die gesamte Flüssigkeitsbahn so ausgelegt werden, daß keine Wirbel entstehen, die zu Ablösungen führen, und daß der Strömungswiderstand der Flüssigkeit nicht zu groß wird. Aus den elektrischen Daten, nämlich aus dem Strom und der Spannung in dem Flüssigkeitssteiler, läßt sich auf Grund der spezifischen Wärme der Flüssigkeit ausrechnen, wie groß die sekundlich umgewälzte Flüssigkeitsmenge sein muß, um Verdampfen zu verhindern. Unter Umständen kann für gewisse Betriebszustände auch eine Teilverdampfung der Flüssigkeit zugelassen werden, beispielsweise bei Kurzschlüssen oder Überlastungen. Die Konzentration und die chemische Zusammensetzung des Elektrolyten müssen, ebenso wie das Kontaktmaterial, derart gewählt werden, daß sich im Laufe des Betriebes auf den Isolierteilen keine leitenden Niederschläge bilden. Um dies zu erschweren, können die Isolierteile mit zweckmäßig geformten Kriechwegen, beispielsweise Rillen, versehen werden. Die Flüssigkeitsleitung 16' muß derart ausgebildet werden, daß sie einen genügend hohen elektrischen Widerstand bildet, da sie elektrisch im Nebenschluß zum Schaltrohr 4' liegt. Man kann ihre Länge groß und ihren Querschnitt klein wählen und sie aus isoliertem Rohr herstellen. Man kann aber auch in der Pumpe, im Kühler oder im Filter den Zusammenhang der Flüssigkeit unterbrechen, so daß der Widerstand praktisch unendlich groß wird. Beispielsweise kann man einen Tropfkühler benutzen oder die Pumpe derart ausführen, daß sie nur jeweils begrenzte Flüssigkeitsvolumina vom Potential des unteren Kontaktes 3' auf das Potential des Kontaktstabes Γ anhebt.

Die beschriebene Anordnung kann auch als Schalter benutzt werden. Durch Reihenschaltung derartiger Anordnungen lassen sich auch Hochspannungen beherrschen, beispielsweise kann mit dem Schalter nach der Erfindung das Problem des Schaltens von Gleichstromhöchstspannung gelöst werden. Da in diesem Fall nur selten geschaltet wird, kann man unter Umständen auf Flüssigkeitsumlauf verzichten und die Schaltflüssigkeit bei jedem Schaltvorgang aus einem Behälter erneuern. Mit Vorteil kann man beispielsweise bei Höchstspannungen auch die Erfindung in der Weise weiterbilden, daß die leitende Flüssigkeit im Laufe des Schaltvorganges durch eine isolierende, beispielsweise durch destilliertes Wasser oder durch Wasser mit nichtleitenden Zusätzen oder auch durch Isolierflüssigkeiten, ersetzt wird. Auch in diesem Fall wendet man zweckmäßigerweise statischen Überdruck an.

Claims (18)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand, bei dem während des Schalt- bzw. Stellvorganges der Strom von Elektrode zu Elektrode über eine Flüssigkeit mit elektrolytischer Leitfähigkeit geht, die im geschlossenen Zustand des Schalters durch einen metallischen Kontakt überbrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei der öffnung des Schaltkontaktes die Flüssigkeit zunächst einen so breitflächigen engen Raum zwischen den Elektroden ausfüllt, daß der Spannungsabfall des vollen Betriebsstromes an den Schaltkontakten in dem Augenblick, in dem ihre metallisch leitende Verbindung unterbrochen wird, durch den Widerstand der parallelgeschalteten Flüssigkeit nicht größer als etwa 10 V ist.

2. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Schalt- bzw. Stellvorganges eine, und zwar vorzugsweise die positive Elektrode durch Bewegung der Elektrode oder durch Verdrängung der Flüssigkeit von letzterer galvanisch getrennt wird, so daß eine eventuelle Gasentladung nur zwischen der Elektrode und der vorzugsweise negativen Flüssigkeitsoberfläche zünden kann.

3. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Schalt- bzw. Stellvorganges der Zusammenhang der noch stromdurchflossenen Flüssigkeit durch Verdrängung der Flüssigkeit und/oder durch isolierende Barrieren aufgetrennt wird, so daß eine eventuelle Gasentladung nur zwischen den beiden sich trennenden Flüssigkeitsoberflächen zünden kann.

4. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schalt- bzw. Stellvorganges die Flüssigkeit unter statischem Überdruck steht.

5. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme des Widerstandes der Flüssigkeitsstrecke infolge von Verdrängung der leitenden Flüssigkeit durch eine weniger leitende oder isolierende Flüssigkeit oder durch Gas hohen spezifischen Druckes erfolgt.

6. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme des Widerstandes der Flüssigkeitsstrecke während des Schalt- bzw. Stellvorganges derart durch Vergrößerung der Länge und/oder Verminderung des Querschnittes erfolgt, daß an keiner Stelle der Flüssigkeit Verdampfung auftritt.

7. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandserhöhung der Flüssigkeitsstrecke durch Druckverminderung und durch dadurch hervorgerufenes Verdampfen der Flüssigkeit erfolgt.

8. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängung der Flüssigkeit und/oder die Bewegung der Elektroden hydraulisch durch isolierende Flüssigkeiten oder durch Preßluft erfolgt.

9. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise positive Elektrode die Form eines Kegels hat, der zum völligen Unterbrechen des Stromes mit seiner Spitze aus der Flüssigkeit herausgenommen wird.

10. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1 oder folgenden für häufige oder periodische Betätigung, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt in geschlossenem Kreislauf umgewälzt, gekühlt und gegebenenfalls gefiltert wird.

11. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Stromdurchgang entstehende Zersetzungsgase durch chemische oder andere Mittel wieder vereinigt werden.

12. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Stromdurchgang entstehende Zersetzungsgas zur Verdrängung der Flüssigkeit und/oder zur Bewegung der Elektroden benutzt wird.

13. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsänderung des Elektrolyten durch gleichzeitige Bewegung einer Elektrode und durch Flüssigkeitsverdrängung erfolgt.

14. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsverdrängung durch die Bewegung der Elektrode erzwungen wird.

15. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenbewegung und die gleichzeitige Flüssigkeitsverdrängung hydraulisch durch isolierende Flüssigkeiten oder durch Preßluft erfolgt.

16. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Überbrückungskontakt mehrere Unterbrechungsstellen in Reihe aufweist und daß die Spannung an den sich öffnenden Kontakten durch den Flüssigkeitswiderstand gleich oder kleiner als etwa 10 V je Unterbrechungsstelle gehalten wird.

17. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Überbrückungsschalter zwangläufig durch die bewegte Elektrode oder die verdrängte Flüssigkeit geöffnet und geschlossen wird.

18. Elektrischer Schalter oder Stellwiderstand nach Anspruch 1 oder folgenden für weniger häufige Betätigung, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Schalt- oder Stellvorgang ein aus einem Behälter entnommenes frisches Flüssigkeitsvolumen benutzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 628 749, 596 394, 915, 905 754.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 600/353 6.64 © Bundesdruckerei Berlin