DE3720816A1 - Schalter mit selbsterzeugter loeschgasstroemung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter mit selbsterzeugter Löschgasströmung mit einer mit Isoliergas gefüllten Schaltkammer, mindestens zwei Schalt­ stücken, von denen mindestens eines beweglich ist, einer durch die Schalt­ bewegung betätigbaren Kompressionseinrichtung aus einem Kompressionskolben und einem Kompressionszylinder mit Zylinderboden sowie einer daran an­ schließenden Druckkammer mit Isolierstoffdüse, wobei ein oder mehrere Durchlässe den Kompressionsraum mit der Druckkammer verbinden.

Hochspannungsschalter sind heute in der Regel als mit Isoliergas gefüllte Selbstblasschalter ausgeführt. In einer solchen mit Isoliergas gefüllten Schaltkammer werden die Kontakte getrennt und wird der Lichtbogen bis zum Erlöschen mit dem Isoliergas, meistens SF₆, beblasen. Die für diese Beblasung erforderliche Kompression wird entweder mittels einer Kom­ pressionseinrichtung oder mittels der thermischen Energie des Lichtbogens selbst erzielt. Die Schaltkammern werden entweder von einem vollisolierten Metallgehäuse oder von einem Porzellanisolator umgeben.

Aus der Firmenschrift der AEG "Hochleistungsschalter Autopneumatik" ist ein Selbstblasschalter bekannt, der eine mit Isoliergas gefüllte Schalt­ kammer aufweist, in der sich zwei Schaltstücke befinden, von denen eines feststehend und das andere mit der Schaltbewegung verschiebbar ist. Durch die Schaltbewegung wird eine Kompressionseinrichtung betätigt, die aus einem Kompressionskolben und einem Kompressionszylinder mit Zylinderboden besteht. Durchlässe in diesem Zylinderboden verbinden den Kompressionsraum mit einer Druckkammer, die von einer Isolierstoffdüse umgeben ist. Licht­ bögen, deren Stromstärke im unteren und mittleren Bereich liegt, werden dadurch gelöscht, daß die Kompressioneinrichtung Löschgas komprimiert und durch die Durchlässe im Zylinderboden in die Druckkammer bläst, wodurch eine starke Löschgasströmung in der Düse entsteht, die den Lichtbogen im Stromnulldurchgang zum Erlöschen bringt.

Im Bereich stromschwächerer Lichtbögen, wie sie unter normalen Betriebs­ bedingungen auftreten, weist dieser Selbstblasschalter eine recht gute Funktion auf. Diese stromschwächeren Lichtbögen haben eine so geringe thermische Energie, daß es in der Druckkammer durch Erhitzung zu keiner nennenswerten Gasexpansion kommt, und so weder die Beblasung durch die Kompressionseinrichtung verhindert wird, noch die Schaltbewegung beein­ trächtigt und damit die Schaltgeschwindigkeit vermindert wird.

Bei der Abschaltung stromstarker Lichtbögen, wie sie beispielsweise in Kurzschlußfällen auftreten, ist die Funktion dieses Selbstblasschalters nicht so optimal. Durch die hohe thermische Energie des Lichtbogens kommt es in der Druckkammer zu einer sehr starken Gasexpansion infolge der Erhitzung. Bei diesen stromstarken Lichtbögen trägt zur Löschung der Lichtbögen dieses expandierte, unter sehr hohem Druck stehende Gas wesent­ lich bei. Dieses unter sehr hohem Druck stehende Gas dringt jedoch auch durch die Durchlässe des Zylinderbodens in den Kompressionsraum des Kom­ pressionszylinders ein und führt dadurch zu einer Verlangsamung der Schaltbewegung. Das in den Kompressionsraum eingedrungene Gas geht für den Löschvorgang verloren, da die Löschung des Lichtbogens im Stromnulldurch­ gang erfolgen muß, der Kompressionszylinder das in ihn eingedrungene Gas jedoch erst dann wieder ausstößt, wenn der hohe Druck in der Druckkammer wieder abgebaut ist. Dies ist jedoch erst nach Erlöschen des Lichtbogens der Fall.

Eine so ausgestattete Kompressionseinrichtung ist bei Schaltvorgängen mit stromstarken Lichtbögen also zweifach von Nachteil, einmal dadurch, daß der Schaltvorgang gebremst wird, und zum andern dadurch, daß ein Teil des expandierenden Löschgases für die Beblasung des Lichtbogens verlorengeht.

Bei diesem bekannten Selbstblasschalter treten jedoch noch weitere Pro­ bleme auf:

Bei sehr energiereichen Lichtbögen ist die Druckkammer, welche von der Isolierdüse umschlossen wird, für die hohen Drücke, wie sie durch die Gas­ expansion bei der Unterbrechung sehr starker Ströme auftritt, zu klein.

Für die Intensität und Dauer der Beblasung des Lichtbogens ist das Produkt aus Druck mal Volumen maßgeblich. Der Druckerhöhung sind jedoch haupt­ sächlich durch die Stabilität des Isoliermaterials der Isolierstoffdüse Grenzen gesetzt. Das Ausschaltvermögen wird somit durch das Volumen der Druckkammer bestimmt.

Desweiteren ist der Spalt zwischen Isolierdüse und Schaltstück fest vor­ gegeben und nicht den unterschiedlichen Löschbedingungen bei kleinen und großen Strömen angepaßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Selbstblasschalter so auszu­ gestalten, daß er bei Lichtbögen mit hohen Stromstärken eine bessere Beblasung, ein größeres Ausschaltvermögen und eine höhere Schaltge­ schwindigkeit gewährleistet oder mit einer geringeren Antriebsenergie auskommt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Durchlässe Ver­ schlüsse aufweisen, die in einem niedrigen Druckbereich der Druckkammer geöffnet sind und in einem hohen Druckbereich der Druckkammer geschlossen sind, wobei Drücke des niedrigen Druckbereichs durch stromschwache Licht­ bögen hervorgerufen werden, deren Energie zu gering ist, um die zu ihrer Beblasung erforderliche Löschgasströmung selbst zu erzeugen, und Drücke des hohen Druckbereichs durch stromstarke Lichtbögen hervorgerufen werden, deren Energie ausreicht, um die zu ihrer Beblasung erforderliche Lösch­ gasströmung selbst zu erzeugen, und daß die Kompressionseinrichtung so bemessen ist, daß sie die zur Löschung der stromschwachen Lichtbögen erforderliche Löschgasströmung erzeugt.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß keine Verminderung der Schaltgeschwin­ digkeit durch Eindringen von Gas in den Kompressionsraum infolge der Gasexpansion durch stromstarke Lichtbögen mehr eintritt. Durch das Ver­ bleiben des expandierenden Gases in der Druckkammer steht dieses Gas zur Beblasung der stromstarken Lichtbögen weiter zur Verfügung. Dies führt zu einer sichereren Löschung des Lichtbogens durch eine höhere Schaltge­ schwindigkeit und eine bessere Beblasung. Falls kein größeres Ausschalt­ vermögen gewünscht wird, kann statt dessen die Antriebsenergie verringert werden.

Weiterbildungen der Erfindung, die den Ansprüchen 2 bis 12 zu entnehmen sind, führen zu einer wesentlichen Verbesserung der Löschbedingungen sowie zu einer weiteren Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit, beziehungsweise Verringerung der Antriebsenergie.

Insbesondere sind die Weiterbildungen vorteilhaft, die im Falle des Ver­ schließens der Durchlässe des Zylinderbodens bei starken Lichtbögen eine Entlüftung des Kompressionsraums vorsehen. Durch diese Maßnahme wird eine Druckerhöhung im Kompressionsraum infolge des Zusammenpressens des Gases durch die Schaltbewegung verhindert, so daß ein solches Gaspolster die Schaltbewegung nicht in einem Bereich bremsen kann, in dem die hohe Schaltgeschwindigkeit für die Unterbrechung des Lichtbogens erforderlich ist, das ist der Bereich der Schaltbewegung, in dem der Lichtbogen noch brennt.

Weitere, besonders vorteilhafte Weiterbildungen sehen einen verschiebbaren Zylinderboden vor, welcher die Druckkammer bei stromstarken Lichtbögen vergrößert. Durch die Vergrößerung der Druckkammer wird das Produkt Volumen mal Druck größer. Dies ist Voraussetzung, um eine stärkere Gas­ strömung von ausreichender Dauer zur Beblasung der stromstarken Lichtbögen zu erzeugen, beziehungsweise kann durch diese Maßnahme auch der Nachteil einer zu starken Druckerhöhung in der Druckkammer vermieden werden.

Die durch die Erhöhung des Produkts Druck mal Volumen verstärkte Gas­ strömung läßt sich dadurch besonders effektiv zur Beblasung des Licht­ bogens einsetzen, indem der Spalt zwischen dem in der Druckkammer ange­ ordneten Schaltstück und der Isolierstoffdüse vergrößert wird. Dies wird durch ein Schaltstück erreicht, welches druckabhängig verschiebbar ist und darum bei stromstarken Lichtbögen eine Relativbewegung zur Isolierstoff­ düse in Richtung der Vergrößerung des Abstands ausführt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen 13 bis 22 zu ent­ nehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf weitere Vorteile verwiesen wird.

Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit ver­ schließbaren Durchlässen im Zylin­ derboden,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit Ent­ lüftungsöffnungen im Kompressions­ raum,

Fig. 3 und Fig. 4 Ausführungsbeispiele mit verschieb­ barem Zylinderboden und

Fig. 5 sowie Fig. 6 Ausführungsbeispiele mit variabler Spaltbreite zwischen Schaltstück und Isolierstoffdüse.

Dargestellt sind jeweils die Innenteile einer Schaltkammer. Die linken Hälften der Figuren zeigen den Schalter im geschlossenen Zustand, die rechten Hälften bei der Ausschaltung. Die Schaltkammer ist mit Isoliergas, z. B. SF₆, gefüllt und wird von einem Gehäuse umgeben, welches als voll­ isoliertes Metallgehäuse oder als Porzellanisolator ausgeführt sein kann. Am festen Schaltstück 2 sowie am Träger des Kompressionskolbens 29 be­ finden sich die elektrischen Anschlüsse.

Fig. 1 zeigt einen Selbstblasschalter, bei dem die Durchlässe 1 mit Ver­ schlüssen 10, welche hier als Ventile ausgeführt sind, ausgestattet sind. Die Schaltbewegungen erfolgen mittels einer Antriebsstange 13, die mit einem beweglichen Schaltstück 3, einem Zylinderboden 9, einem Kompres­ sionszylinder 4 sowie einer Isolierstoffdüse 5 fest verbunden ist. Bei der Ausschaltung trennen sich das bewegliche Schaltstück 3 und ein festes Schaltstück 2. Dadurch bildet sich zwischen diesen Schaltstücken durch die Isolierstoffdüse 5 hindurch ein Lichtbogen 26. Im Rahmen des Normalbe­ triebs, so z. B. bei der Abschaltung eines Netzteils, bilden sich relativ schwache Lichtbögen, da die Stromstärke nicht allzu hoch ist. Die ther­ mische Energie solcher Lichtbögen ist nicht groß, so daß die Gasexpansion in der Druckkammer 6, infolge der Erhitzung des Gases zu keiner erheblichen Drucksteigerung führt. Solche Lichtbögen müssen mittels einer Einrichtung beblasen werden. Dazu dient die Kompressionseinrichtung, bestehend aus dem Kompressionszylinder 4, der sich bei der Ausschaltung über einen Kompres­ sionskolben 14 schiebt und dabei den Kompressionsraum 7 verringert. Das im Kompressionsraum 7 zusammengepreßte Gas wird durch Durchlässe 1 im Zylin­ derboden 9 in die Druckkammer 6 geblasen, um von dort durch die Isolier­ stoffdüse 5 zu strömen, wobei der Lichtbogen 26 beblasen wird. Der Licht­ bogen erlöscht dadurch, daß durch die Beblasung die Neuzündung nach dem Stromnulldurchgang verhindert wird. Bei einer solchen Abschaltung ist der Druck in der Druckkammer 6 niedriger als im Kompressionsraum 7, so daß die Verschlüsse 10, hier als Ventile ausgeführt, geöffnet sind.

Die Druckverhältnisse sind bei stromstarken Lichtbögen, wie sie beispiels­ weise bei der Abschaltung von Kurzschlüssen auftreten, umgekehrt. Durch die hohe thermische Energie dieser Lichtbögen kommt es in der Druckkammer 6 zu einer starken Gasexpansion, so daß der Druck in der Druckkammer 6 höher ist, als der Druck im Kompressionsraum 7. Die Verschlüsse 10, hier die Ventile, schließen, um auf diese Weise ein Eindringen des hohen Drucks in den Kompressionsraum 7 zu verhindern, was zu einer Bremsung der Ausschalt­ bewegung infolge der Druckerhöhung führen würde. Das unter hohem Druck stehende Gas verbleibt in der Druckkammer 6 und steht zur Beblasung des Lichtbogens voll zur Verfügung, wobei der Lichtbogen außerhalb des Strom­ nulldurchgangs die Düse verstopft und kurz vor dem Stromnulldurchgang eine starke Löschmittelströmung einsetzt. Dadurch, daß der hohe Druck vom Kompressionsraum 7 ferngehalten wird, kann der Schalter mit einer gerin­ geren Antriebsenergie betrieben werden oder es läßt sich eine höhere Schaltgeschwindigkeit erzielen. Da die Kompressionseinrichtung durch die Verschlüsse 10 nur für die Löschung schwacher Lichtbögen in Betrieb ist, wird sie so bemessen, daß sie die für die Löschung dieser schwachen Licht­ bögen erforderliche Löschgasströmung erzeugt.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Weiterbildung der erfin­ dungsgemäßen Lösung. Dieser Selbstblasschalter unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß der Kompressionsraum 7 durch Ent­ lüftungsöffnungen 11 mit der Schaltkammer verbunden ist. Die Entlüftungs­ öffnungen 11 sind hier im Kompressionskolben 14 angeordnet. Sie sind mit Verschlüssen, hier als Ventile 16 ausgeführt, versehen. Die Ventile 16 öffnen gegen den Druck von Federn, wobei diese Federn eine solche Feder­ konstante aufweisen, daß die Öffnung der Ventile 16 dann erfolgt, wenn im Kompressionsraum 7 sich ein Druck entwickelt, der dem hohen Druckbereich in der Druckkammer 6 entspricht, bei dem dort die Verschlüsse 10 infolge der Gasexpansion durch stromstarke Lichtbögen schließen. Dieser Druck­ bereich wird im Kompressionsraum 7 dadurch erreicht, daß die Ver­ schlüsse 10 geschlossen sind, der Kompressionszylinder 4 sich über den feststehenden Kompressionskolben 14 schiebt und das eingeschlossene Gas komprimiert wird. Die Ventile 16 öffnen somit nur dann, wenn stromstarke Lichtbögen den entsprechend hohen Druck in der Druckkammer 6 erzeugen und infolge dessen aus dem Kompressionsraum 7 kein Gas abströmen kann. Bei schwachen Lichtbögen öffnen dagegen die Verschlüsse 10 und der Druck im Kompressionsraum 7 kann durch das durch die Durchlässe 1 abströmende Gas nicht so hoch ansteigen, daß die Ventile 16 öffnen. Der mögliche Druckan­ stieg im Kompressionsraum 7 ist also begrenzt, unabhängig davon, ob strom­ starke oder stromschwache Lichtbögen gelöscht werden müssen. Der Antrieb muß nur noch einen begrenzten Druck im Kompressionsraum 7 überwinden, wodurch er entlastet wird. Es ist möglich, einen noch schwächeren Antrieb zu verwenden, oder die Schaltgeschwindigkeit weiter zu erhöhen.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sich von den Fig. 1 und 2 dadurch unterscheidet, daß der Zylinderboden 9′ im Kompressionszylinder 4 gasdicht verschiebbar gelagert ist. Gegenüber der Antriebsstange 13 ist der Zylinderboden 9′ ebenfalls gasdicht geführt, wobei ihn eine Feder 8 gegen einen fest mit der Antriebsstange 13 verbundenen Bund 23 drückt. Die Feder 8 stützt sich auf einen Absatz 22 der Antriebsstange 13 ab. Der Zylinderboden 9′ weist - wie der Zylinderboden 9 der Fig. 1 und 2 - Durch­ lässe 1 mit Verschlüssen 10 auf. Am Außenrand des Zylinderbodens 9′ be­ findet sich ein zylinderringförmiger Rand 17, der im Kompressionszy­ linder 4 gasdicht gleitet. Dieser Rand 17 ist mit Bohrungen 18 ausge­ stattet. Der Kompressionszylinder 4 weist Entlüftungsöffnungen 11′ auf, die den Bohrungen 18 im Rand 17 des Zylinderboden 9′ so zugeordnet sind, daß bei Verschiebung des Zylinderbodens 9′ gegen den Druck der Feder 8 die Bohrungen 18 mit den Entlüftungsöffnungen 11′ fluchten und so eine Ver­ bindung des Kompressionsraums 7 zur Schaltkammer entsteht. Dieser ver­ schiebbare Zylinderboden 9′ bewirkt bei großem Druckanstieg infolge strom­ starker Lichtbögen, bei denen die Verschlüsse 10 schließen, eine Vergrö­ ßerung der Druckkammer 6. Gleichzeitig wird der Kompressionsraum 7 durch die Bohrungen 18 und die Entlüftungsöffnungen 11′ in die Schaltkammer entlüftet. Die rechte Seite der Figur stellt den Schalter bei der Aus­ schaltung eines stromschwachen Lichtbogens dar. Der Zylinderboden 9′ liegt am Bund 23 an, die Bohrungen 18 fluchten nicht mit den Entlüftungsöff­ nungen 11′, so daß sie verschlossen sind, und das komprimierte Gas strömt durch die Durchlässe 1 (Pfeile), wodurch der Lichtbogen 26 beblasen wird. Diese Ausgestaltung sorgt für eine noch bessere Beblasung der stromstarken Lichtbögen, da durch die Vergrößerung des Volumens der Druckkammer auch ein größeres Produkt aus Volumen mal Druck entsteht, welches für die Intensität und Dauer der Beblasung maßgeblich ist. Durch die Vergrößerung der Druckkammer 6 wird auch ein zu starker Druckanstieg in der Druck­ kammer 6 verhindert, so daß der für das Material kritische Wert nicht so schnell erreicht wird. Die Vergrößerung der Druckkammer 6 findet auf Kosten des Kompressionsraum 7 statt. Dies ist deshalb nicht von Nachteil, weil bei der Ausschaltung starker Lichtbögen die Kompressionseinrichtung nicht in Funktion ist.

Die Federkonstante der Feder 8 wird so ausgelegt, daß bei stromschwachen Lichtbögen, bei denen die Verschlüsse 10 geöffnet bleiben, der Zylinder­ boden 9′ in einer ersten Position verharrt, in der er an dem mit der An­ triebsstange 13 fest verbundenen Bund 23 anliegt. Erst bei den Lichtbögen, die so stromstark sind, daß sie einen Druck in der Druckkammer 6 aufbauen, durch den sich die Verschlüsse 10 schließen, läßt sich die Feder 8 zusam­ mendrücken. In solchen Schaltsituationen bewegt sich also der Zylinder­ boden 9′ in den Bereich der zweiten Position. Die genaue Lage des Zylinder­ bodens 9′ innerhalb dieses Bereichs der zweiten Position ist vorteilhafter­ weise druckabhängig. Zweckmäßigerweise ist die Federkonstante der Feder 8 in Abhängigkeit vom zurückzulegenden Weg des Zylinderbodens 9′ so bestimmt, daß in der Druckkammer 6 ein besonders günstiges Produkt aus Druck mal Volumen für die Löschung des betreffenden Lichtbogens erzielt wird.

Bei einer solchen Ausgestaltung in der sich die zweite Position des Zylinderboden 9 innerhalb eines Bereichs druckabhängig einstellt, müssen die Entlüftungsöffnungen 11′ als Langlöcher ausgeführt werden, damit ge­ währleistet ist, daß im gesamten Bereich in dem sich der Zylinderboden 9′ in seiner zweiten Position befinden kann, eine Entlüftung des Kompressions­ raums 7 gewährleistet ist.

Neben der Optimierung des Produkts aus Druck mal Volumen für die Druckkam­ mer 6 und somit einer Verbesserung der Beblasung, ist ein weiterer Vorteil der Weiterbildung der, daß die Entlüftung des Kompressionsraums 7 sofort nach dem Verschließen der Verschlüsse 10 eintritt. Diese sofortige und völlige Druckentlastung des Kompressionsraumes 7, die mechanisch mit der Verschiebung des Zylinderbodens 9′ gekoppelt ist - also nicht über den Umweg eines Druckaufbaus im Kompressionsraum 7 vermittelt wird -, sorgt dafür, daß bei der Löschung stromstarker Lichtbögen die Schaltgeschwindig­ keit gegenüber der Ausschaltung stromschwacher Lichtbögen noch zusätzlich erhöht wird, da im Kompressionsraum kein Druck der Schaltbewegung entgegen­ steht. Bei dieser Ausgestaltung wird zweckmäßigerweise ein mechanischer oder pneumatischer Dämpfer angeordnet, der am Ende der Schaltbewegung diese abfängt.

Die Weiterbildung ist auch für den Einschaltvorgang von Vorteil. Beim Ein­ schaltvorgang bewegt sich die Antriebsstange 13 mit dem beweglichen Schalt­ stück 2, dem Zylinderboden 9′, dem Kompressionszylinder 4 und der Isolier­ stoffdüse 5 nach oben, wodurch der Kompressionsraum 7 vergrößert wird. Im Kompressionsraum 7 entsteht dadurch ein Unterdruck, der den Zylinder­ boden 9′ gegen den Druck der Feder 8 nach unten saugt, wodurch sich eine Belüftung mittels der Bohrungen 18 und der Entlüftungsöffnungen 11′ ergibt. Auf diese Weise wird die Einschaltgeschwindigkeit nicht durch die Bildung eines der Einschaltbewegung entgegenwirkenden Unterdrucks im Kom­ pressionsraum 7 behindert.

Weil der Zylinderboden 9′ gegenüber der Antriebsstange 13 sowie dem Kom­ pressionszylinder 4 relativ verschiebbar ist, also diese Teile nicht mehr miteinander verbindet, muß zur kraftschlüssigen Verbindung zwischen der An­ triebsstange 13 und dem beweglichen Schaltstück 3 einerseits sowie dem Kom­ pressionszylinder 4 und der Isolierstoffdüse 5 andererseits ein Verbin­ dungsstück angeordnet werden, welches beispielsweise als Stege 12 oder als durchbrochene Platte 21 ausgeführt sein kann.

Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels von Fig. 3, bei dem die Durchlässe 1′ zwischen dem Kompressionsraum 7 und der Druckkam­ mer 6 dadurch gebildet werden, daß in der ersten Position des Zylinder­ bodens 9′ die Bohrungen 18 in eine Erweiterung 19 der Zylinderwandung münden. Dies ist in der linken Hälfte der Fig. 4 dargestellt, wobei der Pfeil den Weg des Löschgasstroms bei der Löschung stromschwacher Licht­ bögen zeigt. Die Federkonstante der Feder 8 oder einer zusätzlichen schwachen Feder, die in diesem Bereich zur Feder 8 in Reihe liegt, muß jedoch so niedrig sein, daß eine Verschiebung des Zylinderbodens 9′ in die zweite Position so leichtgängig erfolgt, daß diese Verschiebung einem Druckausgleich durch die Durchlässe 1′ zuvorkommt. Möglich ist auch eine Ausgestaltung, bei der der Zylinderboden 9′ zu Beginn des Bereichs der zweiten Position erst auf die Feder 8 oder 8′ trifft, d. h. daß der Ver­ schiebung des Zylinderbodens 9′ bis zum Verschluß der Durchlässe 1′ ledig­ lich die Reibung der Lagerung entgegensteht. In der zweiten Position des Zylinderbodens 9′ besteht keine Verbindung zwischen der Erweiterung 19 und der Bohrung 18. Unmittelbar nach Unterbrechung der Verbindung zwischen der Bohrung 18 und der Erweiterung 19 öffnet sich durch die Verschiebung des Zylinderbodens 9′ die Entlüftung des Kompressionsraums 7 zur Schaltkammer mittels der Bohrung 18 und der Entlüftungsöffnung 11′. Dies ist aus der rechten Hälfte der Fig. 4 ersichtlich, wobei der Pfeil die Entlüftung des Kompressionsraumes 7 in die Schaltkammer anzeigt. Die Bohrungen 18 und die Öffnungen 11′ werden in der Anzahl und Größe am Umfang angebracht, die für die schnelle Entlüftung erforderlich ist.

Fig. 4 zeigt des weiteren einen Zylinderring 28, der auf dem Kompressions­ zylinder 4 außen gleitend angeordnet ist, so daß er die Entlüftungsöff­ nungen 11′ gegen Ende der Schaltbewegung schließt. Dieser Zylinderring 28 ist mit dem Träger 29 des Kompressionskolbens 4 fest verbunden. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, daß die Schaltbewegung gegen Ende der Aus­ schaltung durch ein sich im Kompressionsraum 7 bildendes Gaspolster weich abgefangen wird. Eine Beeinträchtigung der Ausschalteigenschaften des Schalters erfolgt durch diese Bremsung der Ausschaltbewegung nicht mehr, da in dieser Schalterstellung der Lichtbogen bereits erloschen ist.

Fig. 5 zeigt eine Ausgestaltung bei der sich die Breite des Spaltes 15 zwischen dem Schaltstück 3 und der Isolierstoffdüse 5 den unterschied­ lichen Löschbedingungen bei kleinen und großen Strömen anpaßt.

Die Antriebsstange 13 enthält eine Führung mit einem Hochstromkontakt, in welcher ein verschiebbarer Schaltstückträger 20 gelagert ist. Dieser ver­ schiebbare Schaltstückträger 20 ist mit dem Zylinderboden 9′ sowie mit dem Schaltstück 3, welches hier als bewegliches (d. h. die Schaltbewegung aus­ führendes) Schaltstück ausgebildet ist, fest verbunden. Der Zylinderboden 9′ wird von einer Feder 8′ in seiner ersten Position gegen einen Bund 23′ gedrückt, welcher in fester Verbindung mit dem Kompressionszylinder 4 steht, und unterhalb der Isolierstoffdüse 5 innerhalb der Druckkammer 6 angeordnet ist. Die Feder 8′ stützt sich auf einen Absatz am oberen Ende des Kompressionszylinders 4 ab.

Auch bei dieser Ausgestaltung ist die Feder 8′ so ausgelegt, daß der Zylinderboden 9′ in seiner zweiten Position eine druckabhängige Lage ein­ nimmt. Diese druckabhängige Lage befindet sich zwischen der ersten Posi­ tion und einer Position, die dem maximalen Druck entspricht; bei diesem liegt der Zylinderboden 9′ an einer durchbrochenen Platte 21 an und die Feder 8′ ist maximal zusammengedrückt. Entsprechend der Lage des Zylinder­ bodens 9′ in der zweiten Position befindet sich das bewegliche Schalt­ stück 3 in einer relativen Lage zur Isolierstoffdüse 5, wodurch sich der Spalt 15 druckabhängig einstellt.

Bei der Ausschaltung kleiner Ströme ist der Spalt 15 so schmal, daß er trotz der relativen Schwäche der durch die Kompressionseinrichtung erzeug­ ten Gasströmung eine intensive Beblasung des Lichtbogens herbeiführt.

Bei großen Strömen vergrößert sich der Spalt 15 mit dem Hub des Zylinder­ bodens 9′ entsprechend, so daß der Düsenspalt vergrößert wird. Das Löschgas fließt dadurch in einem breiteren Löschgasstrom, welcher wegen des hohen Drucks des unter der thermischen Energie des Lichtbogens expandierenden Gases eine hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweist und so zu einer inten­ siven Beblasung des Lichtbogens führt.

Die Bedingungen für die Beblasung des Lichtbogens werden zusätzlich dadurch optimiert, daß die Lichtbogenlänge vergrößert wird, indem das Schaltstück 3 ebenfalls den Hub des Zylinderbodens 9′ ausführt und so der Abstand zwischen den Schaltstücken 2, 3 und damit die Lichtbogenlänge zusätzlich zur Schaltbewegung vergrößert wird.

Die feste Verbindung zwischen der Antriebsstange 13, dem Kompressions­ zylinder 4 und der Isolierstoffdüse 5 wird durch die durchbrochene Plat­ te 21 hergestellt. Günstig ist ein zusätzliches Überdruckventil 28 im Zylinderboden 9′ - auch eine andere Stelle der Druckkammer 6 ist denkbar - welches im Normalbetrieb geschlossen ist und die Druckkammer 6 mit der Kom­ pressionskammer 7 - oder der Schaltkammer - dann verbindet, wenn der Druck einen Wert erreicht, der für das Material kritisch ist. Bei Überdruckven­ tilen 28, die in den Kompressionsraum 7 münden, muß dieser im hohen Druck­ bereich über eine gute Entlüftung zur Schaltkammer verfügen. In der darge­ stellten Ausgestaltung sind Ventile 16 im Kompressionskolben 14 angeordnet, die bei einem zu hohen Druck den Kompressionsraum 7 in die Schaltkammer entlüften.

Selbstverständlich läßt sich eine solche variable Spaltbreite auch in eine Anordnung gem. Fig. 3 oder 4 integrieren. Dazu muß das bewegliche Schalt­ stück 3 ebenfalls in der Antriebsstange 13 gleitend und mit einem Stromkon­ takt geführt werden. Eine Verbindung vom beweglichen Schaltstück 3 mit dem Zylinderboden 9′ wäre in diesem Fall beispielsweise dadurch möglich, Ver­ bindungsstege vom Schaltstück 3 um den Bund 23 herum verlaufend zu dem Zylinderboden 9′ führen und dabei in den Zwischenräumen zwischen den Stegen 12 angeordnet sind.

Fig. 6 zeigt eine Ausgestaltung, die eine variable Spaltbreite 15 nach dem gleichen Prinzip vorsieht, wie dies in Fig. 5 beschrieben wurde. Zusätzlich sind Überdruckventile 25 angeordnet, welche die Druckkammer 6 mit der Schaltkammer verbinden, wenn der Druck in der Druckkammer auf einen Wert ansteigt, der für das Material kritisch ist. Diese Überdruckventile 25 werden durch eine oder mehrere Öffnungen 27 in der Druckkammer 6 gebildet, die vom Zylinderboden 9′ bei zulässigem Druck verschlossen sind und bei unzulässig hohem Druck dadurch geöffnet werden, daß der Zylinderboden 9′ die Öffnungen 27 freigibt, indem er sich infolge der Druckerhöhung von dem Bereich der zweiten Position weiter in eine dritte Position verschiebt, welche durch Überwindung einer Federkraft mit einer dieser Druckerhöhung entsprechend erhöhten Federkonstante erreicht wird. Dazu kann die Feder 8′ zwischen dieser zweiten und der dritten Position eine erhöhte Federkon­ stante aufweisen, oder es wird in diesem Bereich parallel zur Feder 8′ eine zusätzliche Feder angeordnet, so daß sich diese erhöhte Federkonstante aus der Summe beider Federkonstanten ergibt. Um Raum für diese Überdruckven­ tile 25 zu schaffen, wird die Feder 8′ auf der durchbrochenen Platte 21 aufgestützt. Die übrigen Teile entsprechen der Fig. 5.

Zusätzlich zeigt Fig. 6 ein Belüftungsventil 24, das sich im Kompressions­ kolben 14 befindet und die Aufgabe hat, bei der Entstehung eines Unter­ drucks im Kompressionsraum 7 infolge der Einschaltbewegung den Kompres­ sionsraum 7 zu belüften. Eine relativ schwache Feder des Ventils 24 läßt dieses Ventil 24 in die geöffnete Stellung gehen, sobald der Druck im Kompressionsraum 7 geringer wird als in der Schaltkammer. Die Feder hat lediglich die Aufgabe auch bei Erschütterungen für ein sicheres Schließen des Ventils 24 zu sorgen. Ein solches Belüftungsventil 24 kann zur Ver­ meidung eines die Einschaltbewegung behindernden Unterdrucks im Kompres­ sionsraum 7 selbstverständlich bei sämtlichen Ausführungsbeispielen angeordnet werden.

Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele sind nur Beispiele für zweckmäßige Kombinationen der Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Maßnahmen. Zahlreiche weitere Kombinationen sind möglich. Denkbar ist des weiteren eine Ausgestaltung bei der die Teile, die in den Ausführungsbeispielen die Schaltbewegung ausführen, feststehen und dafür das Schaltstück 2 und der Kompressionskolben 14 die Schaltbewegung ausführt.

Claims (22)

1. Schalter mit selbsterzeugter Löschgasströmung mit einer mit Isolier­ gas gefüllten Schaltkammer, mindestens zwei Schaltstücken, von denen mindestens eines beweglich ist, einer durch die Schaltbewegung betätigbaren Kompressionseinrichtung aus einem Kompressionskolben und einem Kompressionszylinder mit Zylinderboden sowie einer daran anschließenden Druckkammer mit Isolierstoffdüse, wobei ein oder mehrere Durchlässe den Kompressionsraum mit der Druckkammer verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (1 oder 1′) Verschlüsse aufweisen, die in einem niedrigen Druckbereich der Druckkammer (6) geöffnet sind und in einem hohen Druckbereich der Druckkammer (6) geschlossen sind, wobei Drücke des niedrigen Druckbereichs durch stromschwache Lichtbögen hervorgerufen werden, deren Energie zu gering ist, um die zu ihrer Beblasung erforderliche Löschgasströmung selbst zu erzeugen, und Drücke des hohen Druckbereichs durch stromstarke Lichtbögen hervorgerufen werden, deren Energie ausreicht, um die zu ihrer Beblasung erforderliche Löschgasströmung selbst zu erzeugen, und daß die Kompressionseinrichtung so bemessen ist, daß sie die zur Löschung der schwachen Lichtbögen erforderliche Löschgasströmung erzeugt.

2. Selbstblasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsraum (7) Entlüftungsöffnungen (11 oder 11′) zur Schaltkammer aufweist, welche mit Verschlüssen (16 oder 17) ausge­ stattet sind, die bei der Ausschaltung der starken Lichtbögen ge­ öffnet sind.

3. Selbstblasschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderboden (9′) im Kompressionszylinder (4) verschiebbar aber gasdicht gelagert ist, daß er im niedrigen Druckbereich der Druckkammer (6) eine erste Position einnimmt und daß der Zylinder­ boden (9′) im hohen Druckbereich der Druckkammer (6) eine zweite Position innerhalb eines Bereichs einnimmt, in dem die Druck­ kammer (6) gegenüber der ersten Position vergrößert und der Kom­ pressionsraum (7) verkleinert ist.

4. Selbstblasschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Zylinderbodens (9′) von der ersten in die zweite Position gegen die Kraft einer Feder (8 oder 8′) erfolgt, deren Federkonstante so ausgelegt ist, daß die Feder (8 oder 8′) beim Erreichen des hohen Druckbereichs zusammengedrückt wird.

5. Selbstblasschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Zylinderbodens (9′) in der zweiten Position und damit das Maß der Vergrößerung der Druckkammer (6) danach bestimmt ist, daß sich ein für die Löschung des betreffenden Lichtbo­ gens (26) besonders günstiges Produkt aus Druck mal Volumen ergibt.

6. Selbstblasschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderboden (9′) seine Lage innerhalb der zweiten Position druckabhängig, mittels einer entsprechenden Wahl der Federkonstante der Feder (8 oder 8′) einstellt.

7. Selbstblasschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnungen (11) im Kompressionskolben (14) ange­ ordnet sind und durch Ventile (16) entlüftbar sind, welche bei Drücken im Kompressionsraum (7) öffnen, die oberhalb des Druck­ bereiches der Druckkammer liegen, der bei kleinen Strömen auftritt.

8. Selbstblasschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderboden (9′) einen in den Kompressionsraum (7) wei­ senden Rand (17) aufweist, welcher in der ersten Position des Zylinderbodens (9′) im Kompressionszylinder (4) angeordnete Ent­ lüftungsöffnungen (11′) verschließt und in der zweiten Position des Zylinderbodens (9′) die Entlüftungsöffnungen (11′) öffnet.

9. Selbstblasschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderboden (9′) in der ersten Position Durchlässe (1′) geöffnet hält und daß die Durchlässe (1′) durch eine geringe Ver­ schiebung des Zylinderbodens (9′) verschlossen sind.

10. Selbstblasschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstante der Feder (8 oder 8′) oder einer zusätzlichen Feder im Bereich dieser geringen Verschiebung so niedrig ist, daß diese Verschiebung des Zylinderbodens (9′) einem Druckausgleich durch diese Durchlässe (1′) zuvorkommt.

11. Selbstblasschalter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (1′) durch Bohrungen (18) im Rand (17) des Zylinderbodens (9′) gebildet sind, die in der ersten Position des Zylinderbodens (9′) in eine Erweiterung (19) der Zylinderwandung münden und in der zweiten Position des Zylinderbodens (9′) durch die Zylinderwandung verschlossen sind.

12. Selbstblasschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltstück (3) mit dem verschiebbaren Zylinderboden (9′) sowie einem Schaltstückträger (20) fest verbunden ist, wobei dieser verschiebbare Schaltstückträger (20) unter Aufrechterhaltung des elektrischen Anschlußes dieselbe Relativbewegung des Schalt­ stücks (3) gegenüber der Isolierstoffdüse (5) ermöglicht, wie sie der Zylinderboden (9′) gegenüber der Isolierstoffdüse (5) ausführt und daß in der ersten Position des Zylinderbodens (9′) der Spalt (15) zwischen Isolierstoffdüse (5) und dem Schaltstück (3) klein und in der zweiten Position größer ist, wobei die Spaltbreite (15) so eingestellt ist, daß die jeweiligen Löschgasströme für die Beblasung möglichst gut genutzt sind.

13. Selbstblasschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsstange (13) über Stege (12) oder eine durchbrochene Platte (21) mit dem Kompressionszylinder (4), der Isolierstoff­ düse (5) sowie mit dem beweglichen Schaltstück (3) oder dem Lager, in welchem der Schaltstückträger (20) verschiebbar lagert, fest verbunden ist, wodurch diese Teile die Schaltbewegung ausführen und der Kompressionskolben (14) sowie ein festes Schaltstück (2) feststehen.

14. Selbstblasschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Feder (8) auf einen Absatz (22) der Antriebsstan­ ge (13) abstützt und den Zylinderboden (9′) in seiner ersten Position gegen einen Bund (23) drückt, welcher mit der Antriebs­ stange (13) fest verbunden ist.

15. Selbstblasschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Feder (8′) auf einem Absatz am oberen Ende des Kom­ pressionszylinders (4) oder auf der durchbrochenen Platte (21) ab­ stützt und der Zylinderboden (9′) in seiner ersten Position gegen einen Bund (23′) drückt, welcher in fester Verbindung mit dem Kom­ pressionszylinder (4) unterhalb der Isolierstoffdüse (5) sowie innerhalb der Druckkammer (6) angeordnet ist.

16. Selbstblasschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kompressionsraum (7) und der Schaltkammer ein oder mehrere Belüftungsventile (24) angeordnet sind, die während der Einschaltung geöffnet und sonst geschlossen sind.

17. Selbstblasschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Druckkammer (6) und der Schaltkammer ein Über­ druckventil (25) angeordnet ist, das im Normalbetrieb geschlossen ist und das die Druckkammer (6) mit der Schaltkammer verbindet, wenn der Druck einen für das Material kritischen Wert erreicht.

18. Selbstblasschalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (25) durch ein oder mehrere Öffnungen (27) gebildet wird, die vom Zylinderboden (9′) bei zulässigem Druck ver­ schlossen sind und bei einer unzulässigen Druckerhöhung dadurch geöffnet werden, daß der Zylinderboden (9′) die Öffnungen freigibt, indem er sich infolge der Druckerhöhung von dem Bereich der zweiten Position weiter in eine dritte Position verschiebt, welche durch Überwindung einer Federkraft, mit einer dieser Druckerhöhung ent­ sprechenden, erhöhten Federkonstante, erreicht wird, wobei die Feder (8′) zwischen der zweiten und dritten Position des Zylinder­ bodens (9′) eine entsprechend erhöhte Federkonstante aufweist oder durch eine zusätzliche Feder, welche in diesem Bereich parallel zur Feder (8′) angeordnet ist, so daß sich in der Summe eine solche Federkonstante ergibt.

19. Selbstblasschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Druckkammer (6) und der Kompressionskammer (7) ein Überdruckventil (28) angeordnet ist, das im Normalbetrieb geschlos­ sen ist und das die Druckkammer (6) mit der Kompressionskammer (7) verbindet, wenn der Druck einen Wert erreicht, der für das Material kritisch ist.

20. Selbstblasschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß gegen Ende der Ausschaltbewegung die Teile, die die Schalt­ bewegung ausführen, mittels eines mechanischen oder pneumatischen Dämpfers abgebremst werden.

21. Selbstblasschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnungen (11 oder 11′) des Kompressions­ raums (7) zur Schaltkammer gegen Ende der Schaltbewegung wieder schließen, so daß ein Gaspolster entsteht, das die Schaltbewegung abbremst.

22. Selbstblasschalter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit den Träger des Kompressionskolbens (29) fest verbun­ dener, außen auf dem Kompressionszylinder (4) gleitender Zylinder­ ring (28) so angeordnet ist, daß er die Entlüftungsöffnungen (11′) gegen Ende der Schaltbewegung verschließt.