DE3104411C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kompressionsschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der FR 22 91 601 A1 sowie aus der DE-OS 23 63 171 sind elektrische Kompressionsschalter der obengenannten Art bekannt, bei denen sich eine bewegliche Trennwand mit einer Druckfeder auf dem feststehenden Kompressionskolben abstützt.

Bei diesen Kompressionsschaltern wird der Druckimpuls zur Beblasung des Lichtbogens dadurch verändert, daß der Kompres­ sionsraum durch das Zusammenpressen der Feder vorübergehend vergrößert wird.

Es gelingt jedoch auf diese Weise nicht, den Druckimpuls ohne die Herbeiführung einer Druckerniedrigung zu verbreitern. Auch die unerwünschte Rückwirkung des Druckaufbaues im Kompressionsraum auf den Antrieb wird nach wie vor weitergegebenen, wenn auch um die Zeit des Zusammendrückens der Feder verzögert. Es kommt, wenn auch verzögert, zu einer Bewegungsumkehr des Kompres­ sionszylinders mit einer Entspannung des komprimierten Löschgases und einer Verringerung des Kontaktabstandes.

Die mittels der Feder bewirkte Verzögerung der Rückwirkung des Druckaufbaus im Kompressionsraum auf den Antrieb wird mit einem weiteren Nachteil erkauft: Die mit der Feder am Kompressionskolben abgestützte Trennwand fördert durch das erneute Entspannen der Feder die Schwingungsbereitschaft des Systems, was insbesondere infolge einer starken Gasexpansion bei der Schaltung großer Ströme zu erneuten Rückschwingungen führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Kompressionsschalter verfügbar zu machen, bei dem der Druckimpuls ohne Druckerniedrigung verbreitert ist und die Bewegungsumkehr des Kompressionszylinders mit einer Entspannung des komprimierten Löschgases und einer Verringerung des Kontaktabstandes weitgehendst vermieden wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Diese Ausbildung des Kompressionsschalters bewirkt die Verbreiterung des Druckimpulses ohne Druckminderung, und zwar dadurch, daß der durch die Abbremsung der beschleunigten Masse der bewegten Schalterteile sowie durch stromstarke Lichtbögen hervorgerufene Druckbeaufschlagung in dem dem Kompressionskolben entfernt liegenden Teilkompressionsraum unabhängig von der Höhe und Dauer dieses Druckanstieges gespeichert wird, also nicht auf den Antrieb zurückwirken kann. Mit dieser bekannten Maßnahme wird gleichzeitig die Rückwärtsbewegung des Kompressionszylinders verhindert, die damit verbundene Vernichtung von Antriebsenergie tritt nicht ein und die unerwünschte Verringerung des Kontaktabstandes wird vermieden. Der Wirkungsgrad der Umsetzung von Antriebsenergie in den Druck des Löschgases, also in die für die Lichtbogenlöschung nutzbare Energie, wird in zweierlei Hinsicht verbessert: Die kinetische Energie der bewegten Schaltermassen wird durch Druckerhöhung in dem dem Kompressionskolben entfernt liegenden, oberen Teilkompressionsraum gespeichert und für die Beblasung nutzbar gemacht. Des weiteren wird die Energie des Teils des durch den Lichtbogen expandierenden, in den oberen Teilkompressions­ raum strömende Gases in gleicher Weise gespeichert und für die Beblasung nutzbar gemacht. Beide Energien wirken bei Kompres­ sionsschaltern nach dem Stand der Technik dem Antrieb entgegen.

Die für die Beblasung gewonnene Energie entspricht somit gegenüber dem Stand der Technik ungefähr der doppelten kinetischen Energie der bewegten Schalterteile sowie der doppelten Gasexpan­ sionsenergie des in den oberen Teilkompressionsraum eindringenden Gases. Daraus resultiert, daß bei unveränderter Antriebsenergie der Druckimpuls ohne Druckerniedrigung verbreitert wird. Diese für die Beblasung gewonnene Energie ist in Fig. 1b dadurch zu erkennen, daß das Integral aus Druck und Zeit der gestrichelten Kurve größer ist als das Integral der durchgezogenen Kurve eines herkömmlichen Schalters.

Des weiteren wird die Kontinuität der Beblasung des Lichtbogens aufrechterhalten, da es zu keiner Entspannung des Gases im Kompressionsraum infolge der Bewegungsumkehr des Kompres­ sionszylinders kommt. Eine Dimensionierung des Kompressions­ schalters im Sinne einer stärkeren Nutzung der Gaskompression zur Dämpfung der Ausschaltbewegung ist möglich, da die Schwingungs­ fähigkeit des Systems, deren negative Auswirkung der Rücklauf des Kompressionszylinders ist, in erster Näherung betrachtet beseitigt ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß das Rückschlagventil als ein plattenförmiges Schließglied ausgebildet ist, das auf der Trennwand aufliegt und mittels einer Feder, insbesondere einer Druckfeder, in seiner Schließstellung gehalten ist.

In vorteilhafter Weise ist gemäß weiteren Ausgestaltungen vorgesehen, daß zwischen dem Kompressionskolben und der Trennwand eine Dämpfungsschicht angeordnet ist, die vorteilhaft auf der Kolbenfläche angebracht wird und aus Kunststoff besteht.

Einer weiteren Erläuterung der Erfindung und eines Ausführungsbeispiels dienen die Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1a ein Weg/Zeitdiagramm des Kompressionszylinders bzw. des damit verbundenen Schaltkontaktes,

Fig. 1b ein Druck/Zeitdiagramm des Kompressionszy­ linders bzw. des damit verbundenen Schaltkon­ taktes und

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Ausführungs­ beispiels im Längsschnitt.

Die strichpunktierten Kurven in Fig. 1 zeigen den Verlauf der Schaltbewegung bei einem herkömmlichen Schalter mit Kompressions­ kolben und Kompressionszylinder ohne Trennwand, bei dem der Kompressionszylinder so dimensioniert ist, daß er gerade bei der Berührung des Kolbenbodens zum Stillstand kommt. (Wegen der bei jeder Schaltung unterschiedlichen Schaltbedingungen eine theoretische, der Anschauung dienende Voraussetzung). Es ergibt sich, wie die strichpunktierten Kurven in Fig. 1 zeigen, zwar ein sehr hoher Maximalwert des Löschgasdruckes, der Druck bricht aber, wenn man einmal das Volumen zwischen Zylinderboden und Düsenengstelle vernachlässigt, schlagartig zusammen. Die Breite des Druckimpulses ist damit nur gering.

Dimensioniert man andererseits so, daß der Stillstand des Kompressionszylinders schon vor der Berührung von Kompres­ sionszylinder und Kompressionskolben, d. h. bei einem größeren Kompressionsvolumen erreicht wird (wegen der notwendigen Toleranz muß so dimensioniert werden), so wird, wie die ausgezogenen Kurven in Fig. 1 zeigen, der Druckimpuls breiter und es wird über die erforderliche Zeitspanne trotz des geringen Maximaldruckes ein höherer Druck erreicht. Die Darstellung zeigt aber, daß nun der Kompressionszylinder unter der Wirkung des Druckes seine Bewegungsrichtung umkehrt. Dadurch wird das Kompressionsvolumen wieder vergrößert und das Löschgas entspannt. Dadurch bedingt nähern sich auch die Schaltstücke einander.

Mit der Erfindung werden in vorteilhafter Weise verschiedene Probleme gelöst. Für das Ausschaltvermögen ist nämlich nicht nur die Amplitude des Druckimpulses maßgebend, sondern der Druck, der über eine Zeit von etwas mehr als 10 ms aufrecht erhalten wird, innerhalb der der Schalter in der Lage sein muß, den Kurzschlußstrom abhängig von dessen Phasenlage zu unterbrechen. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird nun der Druckimpuls verbreitert, was dadurch gelingt, daß die Bewegungsumkehr und damit die Entspannung des komprimierten Löschgases verhindert wird. Der Druckverlauf der erfindungsgemäßen Lösung ist aus der in Fig. 1 gestrichelt gezeichneten Kurve ersichtlich. Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemäß verhinderte Rückwärtsbewegung des Kompressionszylinders die damit verbundene unerwünschte Verringerung des Kontaktabstandes vermieden.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Kompressionseinrichtung, mit einem feststehenden Kompres­ sionskolben 2 und einen diesen umgebenden beweglichen Kompres­ sionszylinder 4. An der Stirnwand 30 des beweglichen Kompres­ sionszylinders 4 ist ein beweglicher Schaltkontakt 6 fest angebracht, der von einer Isolierdüse 8 umgeben ist. Die Isolierdüse 8 weist vom Innenraum des Kompressionszylinders 4 ausgehende und zu dem beweglichen Schaltkontakt führende Durchgänge 10 auf, um das Löschgas zu den Schaltkontakten zu führen. Die Innenwand des Kompressionszylinders 4 weist eine Stufe 12 auf, auf der eine bewegliche, plattenförmig ausgebildete Trennwand 14 in ihrer Ausgangsstellung aufliegt. Die Trennwand 14 teilt den Kompressionsraum in zwei Teilkompressionsräume 16, 18, die durch in der Trennwand 14 vorgesehene, verschließbare Öffnungen 20 miteinander in Verbindung stehen. Um die Trennwand 14 in ihrer Ausgangsstellung an der Stufe 12 zu halten, ist eine Druckfeder 22 vorgesehen, die sich an der Stirnwand des Kompressionszylinders 4 und an der Trennwand 14 abstützt.

Zum Verschließen der verschließbaren Öffnung 20 ist ein gleichfalls plattenförmig ausgebildetes Verschlußelement 24 vorgesehen, das in seiner Ausgangsstellung auf der Trennwand 14 aufliegt und das bezüglich seines Durchmessers so bemessen ist, daß es die Öffnungen 20 verschließt. Das Verschlußelement 24 wird mittels einer sich gleichfalls an der Stirnseite des Kompressionszylinders 4 abstützenden Druckfeder 26 in seiner Ausgangslage gehalten.

Nachfolgend ist die Arbeitsweise des Kompressionsschalters beschrieben:

Beim Ausschalten wird mittels der am Kompressionszylinder 4 fest angebrachten Betätigungsstange 28 der Kompressionszylinder 4 mit dem beweglichen Schaltkontakt 6 und der Isolierdüse 8 bei dem hier dargestellten Schalter nach unten bewegt. Dadurch erfolgt zunächst eine Verdichtung des Löschgases im Teilkompressionsraum 16. Der damit gegebene Differenzdruck zum Teilkompressionsraum 18 führt zu einem Abheben des Verschlußelements 24 von der Trennwand 14, so daß das komprimierte Löschgas in den Teilkompres­ sionsraum 18 und von diesem durch die Durchgänge 10 zu den Schaltkontakten strömen kann. Die Dimensionierung des Kompres­ sionszylinders 4 erfolgt im Idealfall so, daß der Stillstand des Kompressionszylinders 4 in dem Zeitpunkt erreicht wird, wenn der Kompressionskolben 2 die Trennwand 14 berührt. Wäre die Trennwand 14 nicht vorhanden, so würde, wie in der ausgezogenen Kurve in Fig. 1 dargestellt, eine Bewegungsumkehr des Kompressionszylin­ ders 4 und eine damit verbundene Entspannung des Löschgases erfolgen. In diesem Augenblick verschließt jedoch das Verschluß­ element 24 die Öffnungen 20 in der Trennwand 14, da die Druckdifferenz zwischen den Teilkompressionsräumen 16 und 18 verschwindet, wenn der Kompressionszylinder 4 zum Stillstand kommt. Eine Entspannung des Gases kann dadurch nicht eintreten, so daß der Druckimpuls entsprechend der gestrichelten Kurve in Fig. 1 breiter wird. Eine Rückwärtsbewegung des Kompres­ sionszylinders 4 und die damit verbundene unerwünschte Verringerung des Kontaktabstandes tritt ebenfalls nicht ein.

Es sind nun noch die Fälle zu betrachten. in denen die tatsächliche Antriebskraft von der angenommenen idealen Antriebskraft, die zu einem Stillstand bei der Berührung von Kompressionskolben und Trennwand führt, abweicht; denn ein Schalter muß innerhalb einer gewissen Schwankungsbreite der Antriebskraft funktionieren. Abweichungen vom idealen Bewegungsablauf können aber auch dadurch zustande kommen, daß die durch die Isolierdüse 8 abströmende Gasmenge durch einen mehr oder minder starken Verschluß der Düse durch das Lichtbogenplasma varriert.

Findet in diesen Fällen der Stillstand vor der Berührung von Kompressionskolben 2 und Trennwand 14 statt, so wird wieder eine Bewegungsumkehr des Kompressionszylinders 4 eintreten, während der sich der zwischen dem Kompressionskolben 2 und die Trennwand 14 befindliche Anteil an komprimiertem Löschgas entspannt.

Wenn der Stillstand später als die Berührung von Kompressionskol­ ben 2 und Trennwand 14 eintritt, so wird eine Bewegungsumkehr eintreten, bis die Trennwand 14 sich wieder an der Stufe 12 anlegt.

Auch in diesen vom zunächst angenommenen Idealfall abweichenden Fällen wird also durch die beschriebene Ausführung des Schalters eine Steigerung des Löschgasdruckes in dem für die Lichtbogenlöschung erforderlichen Zeitintervall und eine Verbesserung des Bewegungsverlaufes des Kompressionszylinders 4 und des mit diesem verbundenen beweglichen Schaltstückes 10 erreicht.

Claims (6)

1. Elektrischer Kompressionsschalter mit

• a) einem feststehenden und einem beweglichen Schaltstück (10),
• b) einer einen beweglichen, mit dem beweglichen Schaltstück (10) verbundenen Kompressionszy­ linder (4) und einen feststehenden Kompres­ sionskolben (2) aufweisenden Kompressionsein­ richtung für das Löschgas,
• c) einer den Kompressionsraum der Kompressions­ einrichtung in zwei Teilkompressionsräume (16, 18) teilenden, gegen die Kraft einer Feder parallel zur Längsachse der Schaltstücke verschiebbaren, plattenförmigen Trennwand (14),
• d) mindestens einen die beiden Teilkompressions­ räume (16, 18) verbindenden Durchgang (20) in der Trennwand (14), der von einem zu dem dem Kompressionskolben (2) entfernt liegenden Teilkompressionsraum (18) hin öffnenden Rück­ schlagventil verschließbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• e) die Trennwand (14) durch die zwischen ihr und der dem Kompressionskolben (2) abgewandten Stirn­ wand (30) des Kompressionszylinders (4) angeord­ neten Feder (22) gegen eine Stufe (12) der Innenwand des Kompressionszylinders (4) gedrückt wird.

2. Elektrischer Kompressionsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil aus einem auf der Trennwand (14) aufliegenden, den Durchgang (20) verschließenden, platten­ förmig ausgebildeten Verschlußelement (24) mit einer zwischen dem Verschlußelement (24) und der dem Kompres­ sionskolben (2) abgewandten Stirnwand (30) des Kompres­ sionszylinders (4) angeordneten Schließfeder (26) besteht.

3. Elektrischer Kompressionsschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kompressionskolben (2) und der Trenn­ wand (14) eine Dämpfungsschicht angeordnet ist.

4. Elektrischer Kompressionsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschicht auf dem Kompressionskolben (2) angebracht ist.

5. Elektrischer Kompressionsschalter nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschicht aus Kunststoff besteht.