DE2620675A1

DE2620675A1 - Verfahren zur unterstuetzung des antriebes wenigstens eines beweglichen schalterteiles eines elektrischen kompressionsschalters und elektrischer kompressionsschalter zur ausfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2620675A1
Application number: DE19762620675
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof Dipl Ing D Ragaller
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1976-04-22
Filing date: 1976-05-11
Publication date: 1977-11-03
Also published as: BR7702509A; IT1075470B; SU967285A3; HU181654B; DE7614806U1; CH600538A5; JPS622419B2; SE7704407L; DE2620675C3; FR2349205B1; JPS52129976A; DE2620675B2; FR2349205A1

Description

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Fr/ Ca 14.4.1976

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Verfahren zur Unterstützung des Antriebes wenigstens eines beweglichen Schalterteiles eines elektrischen Kompressionsschalters und elektrischer Kompressionsschalter zur Ausführung des Verfahrens.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung des Antriebes wenigstens eines beweglichen Schalterteiles eines elektrischen Kompressionsschalters mit einer Löschmittelströmung, die beim Ausschalten durch eine Kompressionseinrichtung erzeugt wird, sowie einen elektrischen Kompressionsschalter zur Ausführung des Verfahrens mit Löschung des zwischen den Schaltstücken auftretenden Lichtbogens durch die Löschmittelströmung, wobei die Kompressionseinrichtung im wesentlichen aus einem mit einem Löschmittelkompressionsraum zusammenarbeitenden Kolben besteht.

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Es ist bekannt, bei elektrischen Schaltern den Lichtbogen insbesondere mittels einer Gasströmung zu beblasen, wobei die Beblasungsströmung aus einem Löschmittel, wie z.B. in der CH-PS 519 '238, durch Betätigung eines mit einem Löschmittelkompressionsraum zusammenarbeitenden Kolbens erzeugt wird, der mit
Hilfe eines äusseren Antriebes (Eindruckschalter) angetrieben wird.

Solche Schalter erfordern bei zunehmend grosser werdenden abzuschaltenden Strömen äussere Antriebe mit entsprechend zunehmend grösserer Antriebskraft.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die thermische
Energie des Schaltlichtbogens wenigstens teilweise zur Erzeugung der Löschmittel- bzw. Beblasungsströmung und hiermit
zur Unterstützung des Antriebes der beweglichen Schalterteile eines elektrischen Kompressionsschalters, wie z.B. eines
SPg-Blaskolbenschalters, auszunützen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das
im Kompressionsschalter befindliche Löschmittel durch den einen Stirnteil eines mit einem Löschmittelkompressionsraum zusammenarbeitenden Kolbens, vorzugsweise Differentialkolbens,
auf hohen Druck komprimiert und hierbei das komprimierte

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Löschmittel als Löschmittelströmung auf den Schaltlichtbogen freigegeben wird, dass hierbei wenigstens ein Teil des durch den Schaltlichtbogen erhitzten Löschmittels zunehmenden Druckes in einem Löschmittelexpansionsraum expandiert und dadurch zugleich der andere Stirnteil des Kolbens und wenigstens ein Teil der Begrenzung des Löschmittelexpansionsraums voneinander bewegt bzw. angetrieben werden, und dass dieser Teil des Löschmittels gegen Ende des Ausschaltens aus dem Löschmittelexpansionsraum in eine einen niedrigen Druck aufweisende Umgebung des Löschmittelkompressionsraumes sowie des Löschmittelexpansionsraumes, vorzugsweise in die Löschkammer des Kompressionsschalters, abgeleitet wird.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn das im Kompressionsschalter befindliche Löschmittel durch einen Differentialkolben auf hohen Druck gebracht wird, indem es durch den Differentialkolbenteil mit der kleineren Kolbenstirnfläche in einem Löschmittelkompressionsraum komprimiert und hierbei die Löschmittelströmung durch wenigstens ein Schaltstück des Kompressionsschalters aus dem Löschmittelkompressionsraum auf den an diesem Schaltstück auftretenden Schaltlichtbogen freigegeben wird, wenn hierbei wenigstens ein Teil des durch den Schaltlichtbogen erhitzten Löschmittels durch ein mit dem vorgenannten Schaltstück den Schaltlichtbogen ziehendes Düsenschaltstück in einen im Zusammenwirken mit dem Differentialkolbenteil mit der grösseren Kolbenstirnfläche im

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Volumen veränderbar abgeschlossenen Löschmittelexpansionsraum eingeleitet wird und hierdurch die grössere Kolbenstirnfläche sowie die innere Begrenzung des Löschmittelexpansionsraumes durch das expandierende Löschmittel mit zumindest mittlerem Druck beaufschlagt und dadurch der Differentialkolben und wenigstens ein Teil der Begrenzung des Löschmittelexpansionsraumes voneinander bewegt werden und das Löschmittel gegen Ende des Ausschaltens durch Löschmitteldruckausgleichsöffnungen aus dem Löschmittelexpansionsraum in dessen Umgebung bzw. in die Umgebung des Löschmittelkompressionsraumes, vorzugsweise in die Löschkammer des Kompressionsschalters, mit niedrigerem Druck als im Löschmittelexpansionsraum abgeleitet wird.

Es ist hierbei zweckmässig, dass die Löschmittelströmung aus einer Gasströmung besteht.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kolben als im wesentlichen rohrförmiger Differentialkolben ausgebildet, dessen Differentialkolbenteil mit der kleineren Kolbenstirnfläche zwischen dem lichtbogenseitigen Teil eines als Düsenschaltstück ausgebildeten Schaltstückes und einer diesen Teil aussen mit Abstand umgebenden Isolierdüse löschmitteldicht geführt ist, so dass die kleinere Kolbenstirnfläche, ein Teil der Aussenwand des Düsenschaltstückes, ein Teil der

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Innenwand der Isolierdüse und das in der Einschaltstellung mit der Isolierdüse und dem Düsenschaltstück im Eingriff befindliche Schaltstück einen Löschmittelkompressionsraum abgrenzen, wobei das Düsenschaltstück durch Fixierteile am lichtbogenseitigen Ende der Isolierdüse befestigt und die Isolierdüse an ihrem anderen Ende mit der Begrenzung eines im Zusammenwirken mit dem Differentialkolben im Volumen veränderbar abgeschlossenen Löschmittelexpansionsraumes verbunden ist, wobei das Düsenschaltstück freistehend in den Löschmittelexpansionsraum einmündet und der Differentialkolbenteil mit der grösseren Kolbenstirnfläche zwischen dem freistehenden Teil des Düsenschaltstückes und einem Teil der inneren Begrenzung des Löschmittelexpansionsraumes löschmitteldicht geführt ist und die Begrenzung des Löschmittelexpansionsraumes Löschmitteldruckausgleichsöffnungen aufweist, die in der Ausschaltstellung durch den letztgenannten Differentialkolbenteil zur Umgebung des Löschmittelexpansionsraumes sowie des Löschmittelkompressionsraumes, insbesondere zur Löschkammer des Kompressionsschalters, freigegeben sind.

Zur weiteren Ausgestaltung ist wenigstens ein beweglicher Teil der Kompressionseinrichtung mit mindestens einem Schaltstück des Kompressionsschalters gekoppelt, um dadurch den Antrieb mehrerer beweglicher Schalterteile des elektrischen Kom-

pressionsschalters zu unterstützen.

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Hierbei kann nun nach einer Ausführung das Düsenschaltstück über Fixierteile mit der Isolierdüse in Verbindung mit der Begrenzung des Löschmittelexpansionsraumes in seiner räumlichen Lage veränderbar, insbesondere in Achsrichtung des DüsenschaltStückes beweglich angeordnet sein, wogegen der Differentialkolben gegenüber den vorgenannten Teilen ruhend angeordnet ist.

Nach einer anderen Ausführung kann das Düsenschaltstück über Fixierteile mit der Isolierdüse in Verbindung mit der Begrenzung des Löschmittelexpansionsraumes in seiner räumlichen Lage relativ unveränderlich angeordnet werden, wogegen der Differen-

mit. ._dem

tialkolben mit demVDusenschaltstuck zusammenarbeitenden Schaltstück mittels eines Isolierteiles gekoppelt und die letztgenannten Teile gegenüber den vorgenannten Teilen lage-veränderlich, insbesondere in Achsrichtung des Düsenschaltstückes beweglich, angeordnet sind.

Es empfiehlt sich ausserdem, zwischen dem Löschmittelexpansionsraum und der Löschkammer wenigstens ein Rückschlagventil vorzusehen, das beim Schalten kleiner Ströme die Ausbildung eines Unterdruckes im Löschmittelexpansionsraum gegenüber der Löschkammer verhindert.

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Im Hinblick auf das Einschalten des Kompressionsschalters ist zwischen dem Löschmittelkompressionsraum und dem Löschmittelexpansionsraum wenigstens ein weiteres Rückschlagventil vorzusehen, derart, dass im Löschmittelexpansionsraum kein Ueberdruck gegenüber dem Löschmittelkompressionsraum entstehen kann.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das durch den Schaltlichtbogen erhitzte Löschmittel, also bei einem Schalter mit gasförmigem Löschmittel die heissen Gase nicht mehr wie bis jetzt in das Kammervolumen bzw. in die Löschkammer abgeleitet, sondern in einem abgeschlossenen Raum, dem Löschmittelexpansionsraum, zu einer Druckerhöhung p_K über den Ausgangsdruck ρ des im Kompressionsschalter befindlichen Löschmittels verwendet werden.

Der technische Effekt besteht hierbei also darin, die als Druckerhöhung p„ auf der Niederdruckseite der Löschmittel- bzw. Beblasungsströmung anfallende thermische Energie des beströmten bzw. beblasenen Schaltlichtbogens zur Arbeitsleistung zu verwenden.

In zu bevorzugender Weise wird hierfür, wie bereits beschrieben, ein Differentialkolben eingesetzt, dessen kleinere

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Kolbenstirnfläche der Hochdruckseite, also dem Löschmittelkompressionsraum, und dessen grössere Kolbenstirnfläche der Niederdruckseite, also dem Löschmittelexpansionsraum zugewandt ist.

Als weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass mittels des Differentialkolbens bereits eine relativ niedrige Druckerhöhung p„ für den Aufbau des viel höheren Druckes p„ + p„ im Löschmxttelkompressionsraum verstärkt verwendet werden kann, wobei die Druckerhöhung durch die Kompression im Löschmittelkompressionsraum mit p„ bezeichnet ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass gegen Ende des Ausschaltens bzw. der Blasbewegung der in seinem Volumen veränderbar abgeschlossene Löschmittelexpansionsraum in einfachster Weise durch Löschmitteldruckausgleichsöffnungen mit der Löschkammer verbunden wird, so dass eine Rückströmung des Löschmittels durch das Düsenschaltstück vermieden /dadurch

ist una insbesondere keine heissen Gase in die Löschstrecke gelangen können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung der wesentlichsten Teile der Erfindung,

Fig. 2 ein durch Ventile ergänztes Schema gemäss Fig. 1,

Fig. 3a bis Fig. 3c die vereinfachten Schnittdarstellungen einer Erfindungsvariante mit feststehendem Differentialkolben , wobei in Fig. 3a der eingeschaltete und in Fig. 3c der ausgeschaltete Zustand und in Fig. 3b eine Ausschaltphase mit gezogenem Lichtbogen dargestellt ist, und

Fig. 4a bis Fig. Mc die vereinfachten Schnittdarstellungen einer Erfindungsvariante mit beweglichem Pifferentialkolben, wobei in den Fig. 4a und 4c wieder der ein- bzw. der ausgeschaltete Zustand und in Fig. 4b eine Ausschaltphase abgebildet ist.

Fig. 1 zeigt nun eine Darstellung der wesentlichsten Teile der Erfindung, die hierbei fast alle im Schnitt dargestellt sind. Der als Differentialkolben 1 ausgebildete Kolben ist mit seinem Differentialkolbenteil la mit der kleineren Kolbenstirnfläche Ic zwischen dem lichtbogenseitigen Teil 5a des Düsenschaltstückes 5 und der Isolierdüse 9 löschmitteldicht geführt, wobei das Düsenschaltstück 5 an seinem

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lichtbogenseitigen Teil 5a mittels Fixierteile 10 am lichtbogenseitigen Ende 9b der Isolierdüse 9 befestigt ist. Das andere Ende 9c der Isolierdüse 9 ist mit der Begrenzung 6a des Löschmittelexpansionsraumes 6 verbunden. Der Differentialkolbenteil Ib mit der grösseren Kolbenstirnfläche Id ist zwischen dem freistehenden Teil 5c des Düsenschaltstückes 5 und einem Teil der inneren Begrenzung 6b des Löschmittelexpansionsraumes 6 ebenfalls löschmitteldicht geführt, und dadurch der Differentialkolben 1 insgesamt in Richtung der gemeinsamen Mittelachse der genannten Teile 1, 5» 9 und 6a beweglich angeordnet .

Bei feststehendem Differentialkolben 1 hingegen sind die miteinander verbundenen vorgenannten Teile 5, 10, 9 und 6a selbstverständlich an dem als Führung dienenden Differentialkolben in Richtung der vorgenannten gemeinsamen Mittelachse gemeinsam beweglich.

Für den Fall eines aus den Teilen 5, 10, 9 und 6a bestehenden und zur Umgebung ruhenden Systems wird nun beim Ausschalten der Differentialkolben 1 durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung an sich bekannter Art, z.B. durch einen Federantrieb, in Richtung des Pfeiles K bewegt. Unabhängig oder abhängig von dieser Bewegung des Differentialkolbens 1 wird etwa zur gleichen Zeit auch das Schaltstück 3 durch eine

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ebenfalls nicht dargestellte Einrichtung an sich bekannter Art in Richtung des Pfeiles S bewegt, wobei die Richtungen K und S übereinstimmen.

Durch den in Richtung K bewegten Differentialkolben 1 wird das im Löschmittelkompressionsraum 2 befindliche Löschmittel mit dem Ausgangsdruck ρ auf hohen Druck ρ + p„ komprimiert, wobei das im Nebenraum 6f befindliche Löschmittel mit dem Ausgangsdruck ρ durch den Differentialkolbenteil Ib durch die Löschmitteldruckausgleichsöffnungen 7 in die Umgebung der Begrenzung 6a des Löschmittelexpansionsraumes 6 verdrängt wird, wo ebenfalls der Ausgangsdruck ρ herrscht. Sobald nun das in Richtung des Pfeiles S bzw. K bewegte Schaltstück 3 mit dem Düsenschaltstück 5 ausser Eingriff gelangt, wird zwischen den Schaltstücken 3 und 5 ein Schaltlichtbogen gezogen und gleichzeitig das hochkomprimierte Löschmittel aus dem Löschmittelkompressionsraum 2 als Löschmittelströmung auf den Schaltlichtbogen freigegeben. Hierbei fällt die thermische Energie des beströmten bzw. beblasenen Schaltlichtbogens auf der Niederdruckseite der Löschmittel- bzw. Beta lasungs strömung, also in dem als Löschmittelleitung dienenden Hohlraum 5d des Düsenschaltstückes 5 bzw. im Löschmittelexpansionsraum 6 als Druckerhöhung p_v über den Ausgangsdruck

ti.

P₀ des dort befindlichen Löschmittels an, so dass im

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Löschmittelexpansionsraum 6 der erhöhte Druck ρ_Λ + p_v wirksam wird.

Da nun das System 5> 10, 9 und 6a ruht, wird der Differentialkolben 1 durch die Kraft, die sich als Produkt aus der Fläche A.., der grösseren Kolbenstirnfläche Id und dem erhöhten Druck P₀ + p„ ergibt, also zusätzlich durch die Kraft F_ = A-, · (Pr> ⁺ Vv) i^{n d}i^e Richtung K gepresst und dadurch der Differentialkolben 1 durch die umgewandelte thermische Eniergie des Schaltlichtbogens zusätzlich angetrieben bzw. die vorgenannte nicht dargestellte Antriebseinrichtung des Differentialkolbens 1 in ihrer Wirkung entsprechend verstärkt bzw. entlastet.

Um nun ein Beispiel für die Druckverhältnisse beim Ausschalten anzugeben, kann also die Druckerhöhung p„ durch den Differentialkolben 1 im Löschmittelkompressionsraum 2

P_H = 8 bis 10 bar

betragen, wogegen die Druckerhöhung p„ im Löschmittelexpansionsraum 6

ρ« = ¹I bar

betragen kann.

Verwendet man nun einen Differentialkolben 1. dessen lösch-

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mittelkompressionsraumseitige kleine Kolbenstirnfläche Ic eine Flächengrösse A₁ aufweist, die sich zur Flächengrösse A., der löschmittelexpansionsraumseitigen grösseren Kolbenstirnfläche Id wie

A · A 1 · 9

^Alc * ^Ald ^L ' ^ά

verhält, so lässt sich die verstärkte Wirksamkeit der thermischen Energie des Schaltlichtbogens bei der Erzeugung der Löschmittel- bzw. Beblasungsströmung sowie beim Antrieb der beweglichen Schalterteile leicht erkennen.

Der eingangs in der Lösung der Aufgabe genannte hohe Druck Pn * Pu zufolge der Kompression im Löschmittelkompressionsraum 2 ist stets grosser als der eingangs genannte zunehmende Druck P₀ + p_K, der durch die Erhitzung des Löschmittels im Löschmittelexpansionsraum 6 entsteht.

Hinsichtlich einer etwa auftretenden Ueberdruckausbildung im Löschmittelexpansionsraum 6 gegenüber dem Löschmittelkompressionsraum 2 beim Einschalten des Kompressionsschalters wird hier auf die Weiterausbildung gemäss Fig. 2 verwiesen.

Gegen Ende der Löschmittelströmung bzw. der Blaszeit werden schliesslich durch den Differentialkolbenteil Ib die Lösch-

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mitteldruckausgleichsöffnungen 7 für das erhitzte Löschmittel freigegeben und dadurch die Druckerhöhung p„ an die Umgebung mit dem Ausgangsdruck p_ abgelassen^ so dass kein heisses Löschmittel bzw. Gas in die Löschstrecke zurückströmen kann.

Nimmt man nun einen ruhenden Differentialkolben 1 an, wogegen das bisher als ruhend angenommene und aus den Teilen 5, 10, und 6a bestehende System durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung an sich bekannter Art in Richtung des Pfeiles L bewegt wird, so kann hinsichtlich des sich dadurch ergebenden Funktionsablaufes auf die vorstehende Beschreibung des Funktionsablaufes des invers betätigten Erfindungsgegenstandes gemäss Fig. 1 hingewiesen werden.

Da nunmehr der Differentialkolben 1 feststeht, wirkt sich nun im Löschmittelexpansionsraum 6 der erhöhte Druck p_ + p„ in äquivalenter Weise wie beim vorstehend als beweglich angenommenen Differentialkolben 1 nunmehr auf den beispielsweise scheibenförmig ausgebildeten Flansch 6e der Begrenzung 6a des Löschmittelexpansionsraumes 6 in einer Bewegung der Begrenzung 6a bzw. des gesamten Systems 5> 10, 9 und 6a in Richtung des Pfeiles L aus, wodurch sich aber an der bereits vorbeschriebenen Wirkung des zunehmenden Druckes ρ_Λ + p„ nichts ändert.

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Fig. 2 zeigt eine Weiterausbildung der Erfindung gemäss Fig. 1, Hierbei sind in Fig. 2 die den Teilen der Fig. 1 gleichenden Teile wie in Fig. 1 bezeichnet.

Um nun beim Schalten kleiner Ströme zu verhindern, dass sich im Löschmittelexpansionsraum 6 gegenüber dessen Umgebung bzw. Löschkammer 8 ein Unterdruck ausbildet, ist zwischen dem Löschmittelexpansionsraum 6 und der Umgebung oder Löschkammer 8 wenigstens ein Rückschlagventil 12 vorgesehen. Bei Unterdruck im Löschmittelexpansionsraum 6 ist das Rückschlagventil 12 offen und gemäss Fig. 2 die Umgebung 8^ über die offene Löschmitteldruckausgleichsöffnung 7 sowie den Nebenraum 6f mit dem gleichen Druck mit dem Löschmittelexpansionsraum 6 so lange verbunden, bis ein Druckausgleich hergestellt ist.

Wie Fig. 2 zeigt, durchsetzt das Rückschlagventil 12 den ringförmigen Flansch If des Differentialkolbens 1.

Weiters ist zwischen dem Löschmittelexpansionsraum 6 und dem Löschmittelkompressionsraum 2 ein weiteres Rückschlagventil 13 angeordnet, so dass beim Einschalten im Löschmittelexpansionsraum 6 kein Ueberdruck gegenüber dem Löschmittelkompressionsraum 2 entsteht. Ein etwaiger Ueberdruck kann somit

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über den im Differentialkolben 1 vorgesehenen Durchlass 13a und das bei üeberdruck offene Rückschlagventil 13 in den Löschmittelkompressionsraum 2 entweichen, wobei der Durchlass 13a das Rohr Ie und den ringförmigen Flansch If des Differentialkolbens 1 durchsetzt.

In Fig. 3a ist die vereinfachte Schnittdarstellung eines Kompressionsschalters gemäss der Erfindung mit feststehendem Differentialkolben 1 im eingeschalteten Zustand dargestellt. Hierbei sind in Fig. 3a die den Teilen der Figuren 1 und 2 gleichenden Teile wie in den Figuren 1 und 2 bezeichnet.

Der feststehende Differentialkolben 1 ist mittels einer Fixier« stange Ig an der antriebsseitigen Löschkammerabdeckung 8a feststehend angeordnet und das Schaltstück 3 mit der schaltstückseitigen Löschkammerabdeckung 8b verbunden, wobei zwischen den beiden Abdeckungen 8a und 8b ein Isolierzylinder 8c angeordnet ist.

Der Antrieb des Kompressionsschalters ist symbolisch durch eine Isolierstange 14 dargestellt, die beim Ausschalten bei feststehender Löschkammer in Richtung des Pfeiles L bewegt wird, so dass sich hierdurch die Teile 5» 10, 9 und 6a des Kompressionsschalters ebenfalls in die gleiche Richtung bewegen.

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Im ausgeschalteten Zustand ist nun, wie Fig. 3a zeigt, der Löschmittelkompressionsraum 2 durch das fest angeordnete Schaltstück 3 verschlossen, während der ebenfalls feststehend angeordnete Differentialkolben den Löschmittelkompressionsraum 2 mit dessen grösstem Raumvolumen freilässt. Der Nebenraum 6f weist ebenfalls sein grösstes Volumen auf, das über die Löschmitteldruckausgleichsöffnungen 7 mit der Löschkammer in Verbindung steht. Der Löschmittelexpansionsraum 6 weist zusammen mit dem Hohlraum 5d des Düsenschaltstückes 1 sein kleinstes Volumen auf, wobei dieses Volumen gegenüber der Löschkammer 8, den Nebenraum 6f sowie den Löschmittelkom-

/den

pressionsraum 2 abgeschlossen ist, wobei in Räumen 2, 5d, 6, 6f und 8 der Ausgangsdruck p_Q herrscht.

Fig. 3b zeigt nun den Kompressionsschalter gemäss Fig. 3a in einer fortgeschrittenen Ausschaltphase mit gezogenem Lichtbogen 4. Die Teile der Fig. 3b sind, weil diese Teile denen der Fig. 3a gleichen, gleichbezeichnet wie in Fig. 3a.

In dieser Ausschaltphase erscheint das aus den Teilen 5, 10, 9 und 6a bestehende System durch die den Antrieb symbolisierende Isolierstange 14 in Richtung L gegen die antriebsseitige Löschkammerabdeckung 8a verlagert. Durch diese Verlagerung gegen die feststehenden Teile 1 und 3 wurde das Volumen

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des Löschmittelkompressionsraumes 2 erheblich verkleinert, dadurch das Löschmittel komprimiert und hierbei durch das Schaltstück 3 als Löschmittelströmung auf den Schaltlichtbogen 4 freigegeben. Ein durch den Schaltlichtbogen 1 gleichzeitig erhitzter Löschmittelteil ist inzwischen durch den Hohlraum 5d des Düsenschaltstückes 5 in den Löschmittelexpansionsraum 6 abgeströmt und hat hierin expandierend den abgeschlossenen Löschmittelexpansionsraum 6 vergrössert, indem er die Begrenzung 6a des Löschmittelexpansionsraumes 6 im Zusammenwirken mit dem Antrieb I^ in Pfeilrichtung L in die abgebildete Stellung verlagert hat. Der Aufbau des hohen Druckes (p_Q + p„) im Löschmittelkompressionsraum 2 sowie des zunehmenden Druckes (ρ_Λ + p_v) im Löschmittelexpansionsraum 6

^{υ K} durch

wird hierbei im Hinblick auf den jeweiligen Schalter/ den zu schaltenden Strom, den Antrieb des Schalters u.s.w. durch eine entsprechende konstruktive Schaltausbildung realisiert.

In Fig. 3c ist der Schalter gemäss Fig. 3a und 3b im ausgeschalteten Zustand dargestellt, die Teile sind wieder wie in Fig. 3b bezeichnet.

Die durch den Antrieb Ii im Zusammenwirken mit dem vom Schaltlichtbogen 1 erhitzten Löschmittel in Pfeilrichtung L bewegten Teile 5» 10, 9 und 6a haben die Stellung erreicht,

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in der der Schalter ausgeschaltet ist. Der Schaltlichtbogen ist erloschen, der sein kleinstes Volumen aufweisende Löschmittelkompressionsraum 2 durch die Isolierdüse 9 zur Löschkammer 8 hin offen und dadurch ein Druckausgleich unbehindert, Der Löschmittelexpansionsraum 6 hat sein grösstes Volumen erreicht und steht · über die nunmehr freien Löschmitteldruckausgleichsöffnungen 7 ebenfalls mit der Löschkammer 8 in Verbindung, wodurch der Druckausgleich vor sich gehen kann.

In Fig. ¹Ia ist die vereinfachte Schnittdarstellung eines Kompressionsschalters gemäss der Erfindung mit beweglichem Differentialkolben 1 im eingeschalteten Zustand dargestellt, hierbei sind die den Teilen der Fig. 3a gleichenden Teile wie in Fig. 3a bezeichnet.

Das bei der Erfindungsvariante 3a bis 3c bewegliche System aus den Teilen 5, 10, 9 und 6a ist in der Ausführung nach den Figuren 4a bis 4c mittels eines Befestigungsteiles 6g an der antriebsseitigen Löschkammerabdeckung 8a befestigt und dadurch zusammen mit der Löschkammer 8 ruhend angeordnet.

In Weiterausbildung der Erfindung ist das nunmehr bewegliche Schaltstück 3 mittels eines Isolierteiles 11 mit dem Differentialkolben 1 mechanisch gekoppelt.

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Die den Antrieb an sich bekannter Art symbolisierende Isolierstange I¹J greift am beweglichen Differentialkolben 1 an. Beim Ausschalten des Kompressionsschalters wird nunmehr das aus den Teilen 1, 11 und 3 bestehende System in Richtung des Pfeiles K bewegt, wobei nun der Funktionsablauf wieder, wie in den Figuren 3a bis 3c beschrieben, vor sich geht.

Fig. kh zeigt hierzu den Kompressionsschalter gemäss Fig. 4a ebenfalls wie in Fig. 3b in einer fortgeschrittenen Ausschaltphase mit gezogenem Lichtbogen k, und in

Fig. 4c ist der Schalter wieder im ausgeschalteten Zustand dargestellt, wobei einander gleichende Teile wie in Fig. ka bezeichnet sind.

In bevorzugter Ausführung ist bei den abgebildeten Erfindungs* Varianten gemäss den Figuren 1 bis kc das rohrförmige Düsenschaltstück 5 mit Abstand von einer rohrförmigen Isolierdüse 9 koaxial umgeben, wobei die Isolierdüse 9 über einen ringförmigen Zwischenflansch 6c mit dem koaxial zum Düsenschaltstück 5 angeordneten rohrförmigen Mantelteil 6d der Begrenzung 6~i des LÖschmittelexpansionsraumes 6 verbunden ist, und wobei der Innendurchmesser des Düsenschaltstückes 5 kleiner als der Innendurchmesser des Mantelteiles 6d und der rohr-

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förmige Mantelteil 6d gegenüber dem freistehenden Teil 5c des Düsenschaltstückes 5 durch einen scheibenförmigen Flansch 6e abgeschlossen ist. Der rohrförmige Mantelteil 6d weist hierbei an seinem zwischenflanschseitigen 6c Ende Löschmitteldruckausgleichsöffnungen 7 auf, die in der Ausschaltstellung des Kompressionsschalters vom Differentialkolbenteil Ib mit der grösseren Kolbenstirnfläche Id freigegeben sind.

Der Differentialkolben 1 ist hierbei aus einem Rohr Ie gebildet, dessen Differentialkolbenteil Ib mit der grösseren Kolbenstirnfläche Id aus einem ringförmigen Flansch If besteht, der den gleichen Innendurchmesser, aber einen grösseren Aussendurchmesser als das Rohr Ie aufweist, so dass sich die letztbeschriebene Erfindungsvariante durch axiale Symmetrie und besondere Einfachheit auszeichnet.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Ausführungsbeispiele in der Zeichnung beschränkt.

Wesentlich ist, dass beim Kompressionsschalter gemäss der Erfindung bei der Kompression des im Schalter befindlichen Löschmittels sowie dessen Freigabe als Löschmittelströmung die gleichzeitig auf der Niederdruckseite der Löschmittelströmung anfallende thermische Energie des löschmittelbe-

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strömten Schaltlichtbogens in Form einer Druckerhöhung des Löschmittels möglichst vollständig für die Kompression des Löschmittels bzw. für die Unterstützung des z.B. als Federantrieb ausgebildeten Antriebes des Kompressionsschalters bzw. der beweglichen Schalterteile mitwirksam wird.

Hierbei können nun insbesondere der Löschmittelkompressionsraum, die Leitung für das auf der Niederdruckseite anfallende Löschmittel zunehmenden Druckes sowie der Löschmittelexpansionsraum unterschiedlich zur Zeichnung ausgeführt sein. So kann z.B. der das Löschmittel komprimierende Kolben mit einem bezüglich der Schaltstücke und der Isolierdüse separat angeordneten Kompressionsraum zusammenarbeiten, wobei der Kompressionsraum samt Kolben zu den Schaltstücken asymmetrisch anordenbar ist. Aber auch der Löschmittelexpansionsraum kann unabhängig von der Isolierdüse angeordnet sein und die Zuleitung für das vom Schaltlichtbogen erhitzte Löschmittel von den· Ausführungen nach der Zeichnung abweichen, wobei die als Druckerhöhung gewonnene thermische Energie dem Löschmittelexpansionsraum über eine Zuführung möglichst verlustfrei zuzuleiten ist.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

l.j Verfahren zur Unterstützung des Antriebes wenigstens eines
beweglichen Schalterteiles eines elektrischen Kompressionsschalters mit einer Löschmittelströmung, die beim Ausschalten durch eine Kompressionseinrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das im Kompressionsschalter befindliche Löschmittel durch den einen Stirnteil (la) eines
mit einem Löschmittelkompressionsraum (2) zusammenarbeitenden Kolbens (1), vorzugsweise Differentialkolbens, auf
hohen Druck komprimiert und hierbei das komprimierte Löschmittel als Löschmittelströmung auf den Schaltlichtbogen (4) freigegeben wird, dass hierbei wenigstens ein Teil des durch den Schaltlichtbogen (4) erhitzten Löschmittels zunehmendem Druckes in einem Löschmittelexpansionsraum (6) expandiert und dadurch zugleich der andere Stirnteil (Ib) des
Kolbens (1) und wenigstens ein Teil der Begrenzung (6a) des Löschmittelexpansionsraumes (6) voneinander bewegt bzw. angetrieben werden, und dass dieser Teil des Löschmittels gegen Ende des Ausschaltens aus dem Löschmittelexpansionsraum (6) in eine einen niedrigen Druck aufweisende Umgebung (8) des Löschmittelkompressionsraumes (2) sowie des Löschmittelexpansionsraumes (6), vorzugsweise in die Löschkammer des
Kompressionsschalters, abgeleitet wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Kompressionsschalter befindliche Löschmittel durch einen Differentialkolben (1) auf hohen Druck gebracht wird, indem es durch den Differentialkolbenteil (la) mit der kleineren Kolbenstirnfläche (Ic) in einem Loschmittelkompressionsraum (2) komprimiert und hierbei die Löschmittelströmung durch wenigstens ein Schaltstück (3) des Kompressionsschalters aus dem Loschmittelkompressionsraum (2) auf den an diesem Schaltstück (3) auftretenden Schaltlichtbogen (4) freigegeben wird, dass hierbei wenigstens ein Teil des durch den Schaltlichtbogen (²I) erhitzten Löschmittels durch ein mit dem vorgenannten Schaltstück (3) den Schaltlichtbogen (²I) ziehendes Düsenschaltstück (5) in einen im Zusammenwirken mit dem Differentialkolbenteil (Ib) mit der grösseren Kolbenstirnfläche (Id) im Volumen veränderbar abgeschlossenen Löschmittelexpansionsraum (6) eingeleitet wird und hierdurch die grössere Kolbenstirnfläche (Id) sowie die innere Begrenzung (6b) des Loschmittelexpansionsraumes (6) durch das expandierende Löschmittel mit zumindest mittlerem Druck beaufschlagt und dadurch der Differentialkolben (1) und wenigstens ein Teil der Begrenzung (6a) des Loschmittelexpansionsraumes (6) voneinander bewegt werden, und dass das Löschmittel gegen Ende des Ausschaltens durch Löschmitteldruckausgleichsöffnungen (7) aus dem Löschmittelexpansionsraum (6) in dessen Umgebung bzw. in die Umgebung

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des Löschn&ttelkompressionsraumes (2), vorzugsweise in die Löschkammer (8) des Kompressionsschalters, mit niedrigerem Druck als im Löschmittelexpansionsraum (6) abgeleitet wird
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschmittelströmung durch eine Gasströmung gebildet wird.
k. Verfahren nach Anspruch 3₃ dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung durch eine Schwefelhexafluorid-Strömung ) gebildet wird.
5. Elektrischer Kompressionsschalter zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit Löschung des zwischen den Schaltstücken auftretenden Lichtbogens durch eine Löschmittelströmung, die beim Ausschalten durch eine Kompressionseinrichtung erzeugbar ist, die im wesentlichen aus einem mit einem Loschmittelkompressionsraum zusammenarbeitenden Kolben besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben als im wesentlichen rohrförmiger Differentialkolben (1) ausgebildet ist, dessen Differentialkolbenteil (la) mit der kleineren Kolbenstirnfläche (Ic) zwischen dem lichtbogenseitigen Teil (5a) eines als Düsenschaltstück (5) ausgebildeten SchaltStückes und einer diesen Teil (5a) aussen mit Abstand umgebenden Isolierdüse (9) löschmitteldicht

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geführt ist, dass die kleinere Kolbenstirnfläche (Ic), ein Teil der Aussenwand (5b) des Düsenschaltstückes (5), ein Teil der Innenwand (9a) der Isolierdüse und das'in der Einschaltstellung mit der Isolierdüse (9) und dem Düsenschaltstück (5) im Eingriff befindliche Schaltstück (3) einen Löschmittelkompressionsraum (2) abgrenzen, dass das Düsenschaltstück (5) durch Fixierteile (10) am lichtbogenseitigen Ende (9b) der Isolierdüse (9) befestigt und die Isolierdüse (9) an ihrem anderen Ende (9c) mit der Begrenzung (6a) eines im Zusammenwirken mit dem Differentialkolben (1) im Volumen veränderbar abgeschlossenen Löschmittelexpansionsraumes (6) verbunden ist, wobei das Düsenschaltstück

(5) freistehend in den Lcschmittelexpansionsraum (6) einmündet, dass der Differentialkolbenteil (Ib) mit der grösseren Kolbenstirnfläche (Id) zwischen dem freistehenden Teil (5c) des Düsenschaltstückes (5) und einem Teil der inneren Begrenzung (6b) des Löschmittelexpansionsraumes

(6) löschmitteldicht geführt ist, und dass die Begrenzung (6a) des Löschmittelexpansionsraumes (6) Löschmitteldruckausgleichsöffnungen (7) aufweist, die in der Ausschaltstellung durch den letztgenannten Differentialkolbenteil (Ib) zur Umgebung des Löschmittelexpansionsraumes (6) sowie des Löschmittelkompressionsraumes (2), insbesondere zur Löschkammer (8) des Kompressionsschalters, freigegeben sind.

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6. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein beweglicher Teil der Kompressionseinrichtung (1; 9) mit mindestens einem Schaltstück (3; 5) des Kompressionsschalters gekoppelt ist.
7. Elektrischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenschaltstück (5) über Pixierteile (10) mit der Isolierdüse (9) in Verbindung mit der Begrenzung (6a) des Löschmittelexpansionsraumes (6) in seiner räumlichen Lage veränderbar, insbesondere in Achsrichtung des Düsenschaltstückes (5) beweglich angeordnet ist, und dass der Differentialkolben (1) gegenüber den vorgenannten Teilen (5, 10, 9, 6a) ruhend angeordnet ist (Fig. 3a - Fig. 3c).
8. Elektrischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenschaltstück (5) über Fixierteile (10) mit der Isolierdüse (9) in Verbindung mit der Begrenzung (6a) des Loschmittelexpansionsrauir.es (6) in seiner räumlichen Lage relativ unveränderlich angeordnet ist, und dass der Differentialkolben (1) mit dem mit dem Düsenschaltstück (5) zusammenarbeitenden Schaltstück (3) z.B. mittels eines Isolierteiles (11) gekoppelt und die letztgenannten Teile (1, 3) gegenüber den vorgenannten Teilen (5, 10, 9,

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6a) lageveränderlich, insbesondere in Achsrichtung des Düsenschaltstückes (5) beweglich, angeordnet sind (Fig. 4a - 4c).
9. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5 oder einem der Anr sprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Düsenschaltstück (5) mit Abstand von einer rohrförmigen Isolierdüse (9) koaxial umgeben ist, dass die Isolierdüse (9) über einen ringförmigen Zwischenflansch (6c) mit dem koaxial zum Düsenschaltstück (5) angeordneten rohrförmigen Mantelteil (6d) der Begrenzung (6a) des Loschmittelexpansionsraumes (6) verbunden ist, wobei der Innendurchmesser des Düsenschaltstückes (5) kleiner als der Innendurchmesser des Mantelteiles (6d) ist, und dass der rohrförmige Mantelteil (6d) gegenüber dem freistehenden Teil (5c) des Düsenschaltstückes (5) durch einen scheibenförmigen Flansch (6e) abgeschlossen ist.
10. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Mantelteil (6d) an seinem zwxschenflanschseitigen (6c) Ende Löschmitteldruckausgleichsöffnungen (7) aufweist, die in der Ausschaltstellung des Kompressionsschalters vom Differentialkolbenteil (Ib) mit der grösseren Kolbenstirnfläche (Id) freigegeben sind.

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11. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2 oder 5 oder einem der Ansprüche 6 bis 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialkolben (1) aus einem Rohr (Ie) gebildet ist, dessen Differentialkolbenteil (Ib) mit der grösseren Kolbenstirnfläche (Id) aus einem ringförmigen Flansch (If) besteht, der den gleichen Innendurchmesser, aber einen grösseren Aussendurchmesser als das Rohr (Ie) aufweist.
12. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein den Löschmittelexpansionsraum (6) mit der Löschkammer (8) verbindendes Rückschlagventil (12) vorgesehen ist, das auf die Ausbildung eines Unterdruckes im Löschmittelexpansionsraum (6) gegenüber der Löschkammer (8) anspricht.
13· Elektrischer Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (12) den ringförmigen Plansch (If) des Differentialkolbens (1) durchsetzt.
14. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein den Löschmittelkompressionsraum (2) mit dem Löschmittelexpansionsraum (6) verbindendes weiteres Rückschlagventil (13) vorgesehen ist, das

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beim Einschalten auf die Ausbildung eines Ueberdruckes im Loschmittelexpansionsraum (6) gegenüber dem Löschmittel-

kompressionsraum (2) anspricht.
15. Elektrischer Schalter nach Anspruch I¹I, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Rückschlagventil (13) das Rohr (Ie) und den ringförmigen Plansch (If) des Differentialkolbens (1) durchsetzt.

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