DE2844324A1

DE2844324A1 - Druckgasschalter

Info

Publication number: DE2844324A1
Application number: DE2844324A
Authority: DE
Inventors: Moritz Jungo; Hans-Ulrich Meier; John Montigel; Tibor Morva; Richard Thaler; Christian Tschannen
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1977-12-12
Filing date: 1978-10-11
Publication date: 1979-06-13
Also published as: DE2844324C2; US4220838A; GB2011718A; AT373102B; ES474432A1; ATA776278A; GB2011718B; CH622378A5

Description

Leinweber & Zimmermann t,

Rosanthal 7 / II. Aufg. ^H München, den 11. Oktober 1978

D - 8000 München 2

Sprecher & Schuh AG, A a r a u

(Schweiz)

DRUCKGASSCHALTER

Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter mit einem hohlen Stützisolator und mindestens einem darauf abgestützten Schaltkammergehäuse mit einem hohlen Isolator, in dem ein von einem Ausblasraum umgebener Satz fester Kontakte und ein Satz beweglicher Kontakte angeordnet siftd und mit einer-dem letzteren zugeordneten, an eine Pumpvorrichtung angeschlossenen Blasdüse, wobei die Pumpvorrichtung einen mit den beweglichen Kontakten mitbeweglichen, einen Pumpraum umschliessenden Pumpzylinder aufweist, der seinerseits verschiebbar auf einem ortsfesten Kolben gelagert ist und wobei ein in den Punpraum mündendes und zu diesem hin öffnendes Rückschlagventil vorgesehen ist, über das im Zuge des Einschalthubes Druckgas in den Pumpraum angesaugt wird.

Solche Schalter werden auch "Lifetank"-Schalter genannt, weil von aussen zugängliche Teile des Schalters unter Spannung stehen. Der gesamte Bedarf an Druck- oder Lösch-

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Sa:ez

gas, beispielsweise SF,-, wird aus dem Inhalt der Schaltkammergehäuse, des Stützisolators und gegebenenfalls eines an diesen Stützisolator anschliessenden Antriebsgehäuses geschöpft. Im Gegensatz dazu ist bei den sogenannten "Deadtank"-Schaltern, d.h. bei den in einem geerdeten Metallbehälter gekapselten Schaltern, der "Gasbehälter" aus dem zum Beblasen des Lichtbogens jeweils Löschgas bezogen wird, in der Regel um jenes Volumen grosser , das zwischen den Teilen des Schalters und dem Metallbehälter frei bleibt.

Die Schalter der eingangs genannten Art beinhalten somit im Vergleich zu den "Deadtank"-Schaltern eine bedeutend geringere Menge an Löschgas. Man ist daher bestrebt, bei solchen Schaltern voneinander getrennte Gasräume möglichst zu vermeiden und normalerweise, d.h. in der Ein- oder Ausschaltstellung eine gewisse Gaszirkulation zu begünstigen. Dies namentlich bei Schaltern für Freiluftauf stellung, bei denen eine Beheizung des Löschgases bei tiefen Aussentemperaturen erforderlich ist, um eine Löschgas-Kondensation zu verhüten.

Das Beblasen des Lichtbogens im Zuge des Ausschalthubes bewirkt im Ausblasraum - also in einem örtlich begrenzten Bereich - einen erheblichen Druck- und Temperaturanstieg. Während der Druckanstieg sich praktisch ohne Verzug in alle Teile des Schalters fortpflanzt, bleibt der Temperaturanstieg zunächst auf dem Bereich des Ausblasraumes beschränkt und ein Ausgleich der Temperatur mit dem Gas in entfernteren Stellen wie z.B. im Antriebsgehäuse erfolgt nur sehr allmählich. Berücksichtigt man,

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dass die Gasmenge im Schalter konstant ist, folgt daraus, dass dort wo erhöhter Gasdruck und auch eine erhebliche, lichtbogenbedingte Temperaturerhöhung herrschen, eine geringere Gasdichte vorhanden ist, als dort, wo sich erst der Druckanstieg (und allenfalls eine geringe, kompressionsbedingte Temperaturerhöhung) ausgewirkt hat.

Wird nun - was die Regel ist - bei einem bekannten Schalter der eingangs genannten Art (z.B. gemäss der FR-PS 2 291 601 oder gemäss der CH-PS 582 420) nach einer kurzschlussbedingten Ausschaltung nach wenigen Zehntelssekunden automatisch eine Wiedereinschaltung ausgelöst, so wird in den Pumpraum Gas aus jenem Bereich angesaugt, wo die Dichte des Gases infolge der vorangegangenen Ausschaltung abgenommen hat. Wenn nun nach der automatischen Wiedereinschaltung der Kurzschluss nicht behoben ist und eine unmittelbar folgende, zweite Ausschaltung erfolgt (ca. 0,3 s nach der ersten Ausschaltung), so steht im Pumpraum zur Beblasung des im Zuge dieser Auschaltung entstehenden Lichtbogens nur noch Gas mit geringerer Dichte zur Verfügung. Gas geringerer Dichte bedeutet aber geringere Spannungsfestigkeit und verminderte Abschaltleistung.

Es ist also bei einem "Lifetank"-Schalter der eingangs genannten Art mit einer ganz erheblichen Verminderung der Abschaltleistungen bei kurzzeitig aufeinanderfolgenden Abschaltungen zu rechnen.

Es ist daher ein Zweck der Erfindung, einen Schalter der

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eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die vorstehend erwähnten Nachteile weitgehend vermieden sind.

Dieser Zweck wird bei dem Schalter der eingangs genannten Art gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass der Pumpraum über das genannte Rückschlagventil an einen Vorratsraum angeschlossen ist, der über Einlasse mit dem Ausblasraum und dem Innenraum des Stützisolators kommuniziert, wobei ein auf Druckanstieg im Ausblasraum ansprechendes Ventil vorgesehen ist, um bei dessen Ansprechen die Verbindung zwischen dem Innenraum des Stützisolators und den Einlassen zu unterbinden.

Bei dem vorgeschlagenen Schalter wirkt mithin der bei der Ausschaltung im Ausblasraum entstehende Druckstoss - dank der Unterbindung der Verbindung zum Innenraum des Stützisolators - gezielt nur auf die im Vorratsraum vorhandene, noch kalte Gasmenge, die somit verdichtet wird und bei einem unmittelbar darauffolgenden Einschalthub in diesem Zustand in den Pumpraum angesaugt wird, so dass zur Beblasung des Lichtbogens bei einer unmittelbar nachfolgenden Ausschaltung Gas zur Verfügung steht, dessen Eigenschaften bezüglich Löschvermögen denjenigen des zur Beblasung des ersten Bogens benützten Gases zumindest ebenbürtig sind.

Merkmale bevorzugter Ausführungsformen des vorgeschlagenen Druckgasschalters sind in den nachstehenden, abhängigen Ansprüchen angegeben.

Nachfolgend ist die Erfindung rein beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt, ohne Anspruch auf Massstäblichkeit zu erheben,

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einen schematischen Längsschnitt durch einen Druckgasschalter, links in Einschaltstellung, rechts im « Zuge des Ausschalthubes.

Der dargestellte Schalter 10 besitzt ein Schaltkammergehäuse 11, das seinerseits aus einem rohrförmigen Isolierkörper 12 aufgebaut ist, der beiderends durch leitende Abschlussflansche 13 und 14 dichtend abgeschlossen ist. Der Isolierkörper 12 kann, wie mit der gestrichelten Linie 15 angedeutet, auch durch einen Porzellan-Isolator gebildet sein.

Mit den Abschlussflanschen 13 und 14 sind (nur schematisch angegeben) die elektrischen Anschlüsse 16, 17 des Schalters 10 verbunden. Mit dem Abschlussflansch 13 ist ein in das Innere des Gehäuses 11 ragender, fester Kontaktkörper 18 verbunden, der seinerseits ein Kontaktrohr 19 als Leistungskontakt und eine koaxial in diesem angeordnete Kontaktbuchse 20 als Abbrandkontakt aufweist. Die Kontaktbuchse 20 ist über speichenartige Streben 21 an der Innenseite des Kontaktrohres 19 befestigt.

Am Abschlussflansch 14, der mittig eine Durchlassöffnung 22 aufweist, ist ein zylindrischer Hohlkörper 23 aus einem leitenden Material befestigt, dessen vom Flansch 14 entferntes Ende durch eine als Kolben 24 ausgebildete Stirnwand abgeschlossen ist. Der Kolben 24 und der Mantel 25 des Hohlkörpers 23 umschliessen somit einen Vorratsraum 26, dessen Funktion noch zu beschreiben sein wird.

An der Aussenseite des Flansches 14 ist über eine Verbindungsmuffe 27 ein mit der Durchlassöffnung 22

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fluchtendes, isolierendes Stützerrohr 28 dichtend befestigt, das an seinem unteren Ende über eine Verbindungsmuffe 29 dichtend an ein nur schematisch angegebenes Antriebsgehäuse 30 angeschlossen ist. Im Antriebsgehäuse 30 ist zum Beispiel eine Antriebskurbel 31 angeordnet, die durch nicht näher dargestellte Mittel um ihre Achse 32 im Sinne des Doppelpfeiles 33 verschwenkbar ist. In der Zeichnung ist die Kurbel in der der Einschaltstellung entsprechenden Lage mit ausgezogenen und in der der Ausschaltstellung entsprechenden Lage mit gestrichelten Linien dargestellt. Am freien Ende der Kurbel 31 ist bei 34 eine Schub- und Zugstange 35 aus Isoliermaterial angelenkt/ die sich koaxial durch das Stützerrohr 28, die Oeffnung 22, durch den bei der Oeffnung 22 offenen (Oeffnung 50) Hohlkörper 23 und durch eine Bohrung 36 im Kolben 24 erstreckt. Am oberen Ende der Stange 35 ist der mit Durchlässen 37 versehene Boden 38 eines Pumpzylinders 39 befestigt. Der Innenraum des Pumpzylinders 39 zv/ischen Kolben 24.und Boden 38 ist somit ein Pumpraum 40, der nur über ein zu diesem hin öffnendes und im Kolben 24 angeordnetes Rückschlag- oder Ansaugventil 41 mit dem Vorratsraum 26 verbunden ist.

An dem, den Boden 38 überragenden Mantel 42 des Pumpzylinders 39 ist ein Kranz von federnden Kontaktfingern 43 befestigt, die bei der links dargestellten Einschaltstellung an der Aussenseite des Kontaktrohres 19 angreifen. Ferner ist am Boden 38 auf dessen den Kolben 24 abgekehrten Seite mittig ein als Abbrandkontakt dienender Kontaktstift 44 befestigt, der in Einschaltstellung in die Buchse 20 eingreift. Die Durchlässe 37 im Boden 38 münden in eine mittels eines Befestigungs-

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ringes 45 an der Aussenseite des Bodens 38 befestigte Blasdüse 46 aus Isoliermaterial, deren engste Stelle 47 in der links dargestellten Einschaltstellung die Aussenseite der Buchse 20 sozusagen dichtend umschliesst.

In dem vom Kolben entfernten Endbereich des Hohlkörpers 23 sind in dessen Mantel 25 sich in Axialrichtung erstreckende, schlitzförmige Einlasse 48 vorhanden, über die der Vorratsraum 26 normalerweise sowohl mit einem Ausblasraum 49 im Schaltkammergehäuse 11 als auch (über die untere Oeffnung 50 des Hohlkörpers 23) mit dem Innenraum 51' des Stützerrohres 28-'kommuniziert.

Der dem Vorratsraum 26 zugekehrte Rand der Oeffnung 50 ist als Ventilsitz 51 ausgebildet, dem als Schliessteil ein rxngscheibenförmiger Ventilteller 52 zugeordnet ist, der seinerseits über einen Nabenteil 53 verschiebbar und dichtend entlang der Stange 35 geführt ist und ferner unter der.Wirkung einer Feder 54 steht, die das Bestreben hat, den Ventilteller 52 in vom Ventilsitz 51 abgehobener Stellung zu halten. In dieser Stellung (links in der Zeichnung) unterteilt der Ventilteller 52 die Einlasse 48 in zwei Abschnitte: Einen grösseren 48', der den Vorratsraum mit dem Ausblasraum 49 verbindet und einen kleineren 48'', der die Verbindung zwischen dem Innenraum 51' und dem Ausblasraum 49 herstellt.

Erfolgt nun eine Ausschaltung, v/ird durch die Kurbel 31 über die Stange 35 der Pumpzylinder 39 mit den daran befestigten Kontaktfingern 43 und den Kontaktstift 44 nach unten gezogen. Dabei gelangen zunächst die Kontaktfinger

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43 ausser Eingriff mit dem Kontaktrohr 19. Das Gas im Pumpraum 40 erfährt eine Vorkompression, da die Blasdüse 46 noch durch den Buchsenteil 20 verschlossen ist. Sobald der Kontaktstift 44 die Bohrung im Buchsenteil 20 verlässt, zündet ein Lichtbogen, der durch das durch die nun freigegebene Blasdüse 46 aus dem Pumpraum 40 unter Druck ausströmende Löschgas beblasen wird. Dieses Gas wird kräftig erhitzt und erfährt dabei eine Drucksteigerung. Es expandiert an den Streben 21 vorbei in das Innere des Kontaktkörpers 18 und strömt von da über in diesen vorhandene Schlitze 55 in den Ausblasraum 49. Der in diesem Ausblasraum 49 entstehende Druckstoss pflanzt sich durch die Einlasse 48 fort und der Ventilteller 52 wird gegen die Wirkung der Feder 54 auf den Ventilsitz 51 gedrückt, weil der Durchlassquerschnitt der Abschnitte 48" grosser als jener der Abschnitte 48" ist. Damit ist auch die Verbindung zum Innenraum 51' des Stützerrohres 28 unterbunden (rechts in der Zeichnung) und der Druckstoss wirkt sich voll auf das im Vorratsraum 26 befindliche Gas aus, dessen lichtbogenbedingte Erwärmung jedoch - wie bereits dargelegt - zeitlich hinter der Kompression nachhinkt. Dementsprechend erhöht sich die mittlere Dichte des Gases im Vorratsraum 26 vorübergehend und auf alle Fälle so lange bis wieder eine automatische Wiedereinschaltung erfolgt. Bei dieser strömt dann das dichtere Gas in den Pumpraum 40 nach, wo dann für eine allenfalls weitere, unmittelbar nachfolgende Ausschaltung bezüglich Löscheigenschaften einwandfreies Gas zur Verfügung steht.

Die vorteilhaften Wirkungen des Vorratsraumes 26 treten besonders dann in Erscheinung, wenn dessen Rauminhalt

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grosser, vorzugsweise 1,1 bis 1,8 mal grosser als der Pumpraum 40 in Einschaltstellung ist.

Beim dargestellten Schalter 10 kann das durch den Ventilsitz 51 und den Ventilteller 52 gebildete Ventil ausserdem eine weitere Punktion übernehmen, nämlich jene, das Schaltkammergehäuse 11 vollständig gegen aussen abzudichten, was namentlich bei Montage- und Demontagearbeiten von Bedeutung ist. Wie mit gestrichelten Linien angegeben, kann eine im Sinne des Doppelpfeiles 56 zwischen zwei Endlagen hin und her verschiebbare und in diesen Endlagen arretierbare Betätigungsstange 57 vorgesehen sein, die dichtend durch den Abschlussflansch 14 hindurchgeführt ist. An ihrem oberen Ende ist die Stange 57 mit einem Haken 58 versehen, der, ausgehend vom Ausblasraum 49, sich durch einen der Einlasse 48 hindurch in den Vorratsraum 26 erstreckt und mit seinem freien Ende der den Vorratsraum 26 zugekehrten Seite des Ventiltellers 52 gegenüberliegt.

Zieht man die Stange 57 nach unten, holt man den Ventilteller 52 nach unten in Schliesslage, auch wenn im Ausblasraum 49 kein üeberdruck herrscht. Damit ist das Schaltkammergehäuse 11 abgedichtet und kann beispielsweise vom Stützerrohr 28 demontiert werden, ohne dass Löschgas aus dem Schaltkammergehausse Il verloren ginge, oder umgekehrt, ohne dass Luft* Feuchtigkeit oder Staub in das Schaltkammergehäuse 11 eindrigen könnten. Schiebt man dagegen die Stange 57 nach oben„ gibt man den Ventilteller 52 frei/ so dass er die vorangehend beschriebene Funktion übernehmen

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Claims

Patentansprüche

1. Druckgasschalter mit einem hohlen Stützisolator und mindestens einem darauf abgestützten Schaltkammergehäuse mit einem hohlen Isolator, in dem ein von einem Ausblasraum umgebener Satz fester Kontakte und ein Satz beweglicher Kontakte angeordnet sind,und mit einer dem letzteren zugeordneten,an eine Pumpvorrichtung angeschlossenen Blasdüse, wobei die Pumpvorrichtung einen mit den beweglichen Kontakten mitbeweglichen, einen Pumpraum· umschliessenden Pumpzylinder aufweist, der seinerseits verschiebbar auf einem ortsfesten Kolben gelagert ist und wobei ein in den Pumpraum mündendes und zu diesem hin öffnendes Rückschlagventil vorgesehen ist, über das im Zuge des Einschalthubes Druckgas in den Pumpraum angesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpraum (40) über das genannte Rückschlagventil (41) an einen Vorratsraum (26) angeschlossen ist, der über Einlasse (48) mit dem Ausblasraum (49) und dem Innenraum (51') des Stützisolators (28) kommuniziert, wobei ein auf Druckanstieg im Ausblasraum (49) ansprechendes Ventil (51, 52) vorgesehen ist, um bei dessen Ansprechen die Verbindung zwischen dem Innenraum (51') des Stützisolators (28) und den Einlassen (48) zu unterbinden.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsrraum (26) in einem Hohlkörper (23) ausgebildet ist, dessen Stirnseite als Pumpkolben (24) dient.

3. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

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dass in dem vom Pumpkolben (24) entfernten Ende des zylindrisch ausgebildeten Hohlkörpers (23) ein eine Oeffnung (50) zum Innenraum (51') des Stützisolators (28) freigebender Ventilsitz (51) ausgebildet ist, dem als Schliessteil ein federnd in Offenstellung gehaltener Ventilteller (52) zugeordnet ist.

4. Druckgasschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (52) einen dem Innendurchmesser des Hohlkörpers (23) entsprechender Aussendurchmesser aufweist.

5. Druckgasschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasse (48) in· Axialrichtung sich erstreckende, im Mantel (25) des Hohlkörpers (23) in dessen vom Kolben (24) entfernten Endbereich ausgebildete Schlitze sind, die durch den Ventilteller (52) in Offenstellung in zwei Abschnitte (48¹, 48'') mit ungleichem Ströraungsquerschnitt unterteilt sind, wobei der Abschnitt (48') mit dem grösseren Strömungsquerschnitt die Verbindung zwischen Vorrats- (26) und Ausblasraum (49) darstellt.

6. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauminhalt des Vorratsraumes (26) grosser als der Rauminhalt des Pumpraumes (40) in Einschaltstellung ist.

7. Druckgasschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauminhalt des Vorratsraumes (26) dem 1,1 bis 1,8-fachen Rauminhalt des Pumpraumes (40) in Einschaltstellung entspricht.

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8. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von aussen betätigbare Mittel (57, 58) vorgesehen sind, um mittels des Ventiles (51, 52) die Verbindung zwischen dem Innenra.um (51')
des Stützisolators (28) und den Einlassen (48) zu unterbinden.

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