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Elektrischer Schalter mit Lichtbogenlöschung durch einen Druckmittelstrom
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, bei welchem der Lichtbogen quer
zur Verschiebungsrichtung des beweglichen Kontaktes durch einen Druckmittelstrom
angeblasen wird und beide Kontakte an unbewegliche Hilfselektroden angeschlossen
sind, die hinter ihnen liegen. Gemäß der Erfindung sind die beiden unbeweglichen
Hilfselektroden, von denen die eine mit dem einen Kontakt und die andere mit dem
Gegenkontakt verbunden ist, in unveränderlicher Entfernung hintereinander längs
einer Blasströmungslinie angeordnet, und zwar zweckmäßig in der Mittelachse des
Blasstromes.
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Gegenüber bekannten Anordnungen, bei welchen zwar auch zwei Hilfselektroden
den angeblasenen Lichtbogen aufnehmen, jedoch nicht die gegenseitige Lage beider
Elektroden unveränderlich ist und auch beide Elektroden nicht ständig in Längsrichtung
einer und derselben Linie des Blasstromes verbleiben, hat die Anordnung nach der
Erfindung den Vorteil, daß die Energie des Lichtbogens auf ein Minimum reduziert
und infolgedessen die Unterbrechungskapazität des Schalters bei bestimmten Abmessungen
beträchtlich erhöht werden kann. Dieser Erfolg beruht auf. der Erkenntnis, daß der
Lichtbogen, wenn er eine zum Blasstrom parallele Lage einnimmt gegenüber
andersgerichteten Lichtbögen den geringsten Spannungsabfall aufweist. Diese Tatsache
hat die Erscheinung zur Folge, daß bei dem Schalter nach der Erfindung der ursprünglich
quer zum Blasstrom übergehende Lichtbogen großen -Spannungsabfalles sich von selbst
leicht auf die hintereinander in Blasrichtung liegenden Hilfselektroden umschaltet,
auch wenn die Entfernung zwischen den Hilfselektroden verhältnismäßig groß ist.
Weil gemäß der Erfindung die Entfernung zwischen den hintereinanderliegenden Hilfselektroden
eine unveränderliche, also konstante ist, so 'kann man die Länge des zwischen diesen
Elektroden entstehenden Lichtbogens jeweils genau auf den Minimalwert beschränken,
der sich hoch mit der Betriebsspannung verträgt.
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Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Fig. 1, 2, 3 und. 5 zeigen im Längsschnitt vier verschiedene Anwendungen
der Erfindung auf Schalter mit Druckgas. -Fig. 4 und 6 zeigen Horizontalschnitte
nach X-X und Y-Y von Fig. 3 und 5.
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Fig. 7 bis 13 zeigen in vergrößertem Maßstabe verschiedene Ausführungsarten
einer Einzelheit des Erfindungsbegenstandes, wobei Fig. II und 13 Stirnansichten
von Fig. io und 12 sind,
Fig. 14 und- 15 zeigen zwei. Anwendungsarten der
Erfindung für Schalter mit Flüssigkeitsbla.sung.
Bei der Anordnung
nach Fig. i bis 3 und 5 ist der feste Kontakt des Schalters mit i und der bewegliche
Kontakt mit 2 bezeichnet. Diese Kontakte liegen im Innern eines Rohres 3, durch
welches das Druckgas, dessen Bewegungsrichtung durch Pfeile angedeutet ist, zutritt.
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Gemäß Fig. i und 2 ist der feste Kontakt i elektrisch an eine Endelektrode
i' angeschlossen, die in Entfernung von den Kontakten in der Mitte des Blasströmes
liegt. Bei Fig. i ist die elektrische Verbindung zwischen der Hilfselektrode i'
und dem festen Kontakt i außerhalb eines isolierenden Kamins 5 angeordnet, während
bei Fig. i sich diese Verbindung zum großen Teil im Innern des Kamins 5 befindet
und auch ganz und gar im Wirkungsbereich der Blasluft liegen könnte.
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Bei Fig. 5 und 6 ist der isolierende Kamin 5 teilweise fortgelassen
und durch Metallwände 6 ersetzt, -welche ihrerseits zugleich den Blaskamin und die
elektrische Verbindung zwischen dem festen Kontakt und der Endelektrode i' bilden,
die an der Austrittsmündung des metallischen Kamins 6 befestigt ist. Dieser metallische
Kamin, der zylindrische oder beliebig sich erweiternde Form erhalten kann, besteht
bei dem dargestellten Beispiel aus einem Rohr konischer Form, wobei gegebenenfalls
an den Seitenwandungen kreisförmige oder längliche Öffnungen 7 vorgesehen werden
können, die das Innere des Kamins mit der umgebenden Luft verbinden. Der Kamin könnte
auch aus einem zylindrischen oder sich erweiternden Käfig bestehen; dessen Stäbe
zweckmäßig parallel zu deal Strahlen des Blasgases angeordnet sind.
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Bei den. Ausführungsformen nach Fig. i und 2 ist der Kamin am oberen
Ende ganz offen, wobei die Endelektrode im Innern des Kamins gelegen ist. Dagegen
ist bei der,An= ordnung nach den Fig. 3 und 5 die Endelektrode am Ausgang des metallischen
Kamins gelegen und mit diesem verbunden. Sie bildet bei der Ausführungsform nach
Fig.3 eine Kappe für den Kamin, während sie bei der Ausführungsart nach Fig.5 und
6 aus mehreren radial zur Achse des Kamins gerichteten Hörnern besteht.
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Wenn die Endelektrode die Kappe eines metallischen Kamins bildet,
so wird sie selbstverständlich mit Öffnungen 8 versehen, welche das Entweichen der
Blasgase gestatten. Diese Öffnungen können auf die ganze Kappe gleichförmig verteilt
sein; aber es erscheint zweckmäßig, in der Mitte der Kappe eine große Öffnung 9
vorzusehen, welche dem Lichtbogen gestattet, auf ein mehr oder weniger großes Stück
aus dem Kamin herauszutreten. Da sich dann die Anhaftstelle des Lichtbogens am Rande
der Öffnung befindet und diese selbst -iri der Mitte des Blasstromes liegt, so kann
auf diese Art die Öffnung wirksam vom BlasArom abgefegt -werden.
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Bei gewissen Ausführungsformen wendet man zugleich eine mittlere Öffnung
9 und kleine Umfangsöffnungen 8 an: Bei den Ausführungsformen nach Fig. i bis 3
und 5, bei welchen der Blasstrom senkrecht zur Bewegungsrichtung des beweglichen
Kontaktes verläuft, ist ein Funkenziehkontakt 2' verwendet, der an den beweglichen
Kontakt 2 angeschlossen und nahe an diesem angeordnet ist, zweckmäßig in dem mittleren
Bereich des Blasstromes. Dieser Funkenziehkontakt kann die Form eines Tropfens haben,
dessen Stärke sich in der Blasrichtung verkleinert.
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Andererseits kann man zwischen die Außenelektrode i' und den Funkenziehkontakt
2' eine oder mehrere Zwischenelektroden io anordnen, welche sich ebenfalls in dem
mittleren Bereich des Blasstromes erstrecken und sowohl miteinander als auch mit
dem Funkenziehkontakt 2' durch Widerstände i i geringen Ohmschen Wertes verbunden
sind. Ebenso wie die Endelektrode bei Fig. i und 2 bestehen diese Zwischenelektroden
aus hohlen Rotationskörpern, deren Wandquerschnitt die Form eines Tropfens hat.
Die Form- dieser Elektroden ist. aus den Fig. io und i i ersichtlich, wobei zwei
Bewegungsrichtungen der Gase durch volle und gestrichelte Pfeile angedeutet sind.
Gegebenenfalls können diese Elektroden einen zentralen Rundstab 12 umschließen,
wie Fig. 12 und 13 zeigen. Andere Abarten der Elektroden sind in Fig. 7 bis 9 dargestellt.
Die Abart nach Ffg. 9 ist hauptsächlich für die Zwischenelektroden und den Funkenziehkontakt
2' geeignet. Wie man erkennt, ist, die Befestigungsstange der Elektroden von einer
-dem- Lichtbogen widerstehenden Hülse 20 umgben, die zweckmäßig aus Isolierstoff
besteht.
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Bei der Ausführungsart nach Fig: 5 ist der Kamin 6 noch von einem
Rohr 13 umfaßt, dessen Auslaßöffnung in an sich bekannter Weise von einer Kühlvorrichtung
mit metallischen Platten oder Zylindern 14 gegenüber der Endelektrode gebildet -wird.
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Natürlich braucht die Endelektrode i' nicht notwendigerweise mit dem
festen Kontaktverbunden zu sein, sondern kann auch an den beweglichen Kontakt angeschlossen
sein.
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Die Arbeitsweise der dargestellten Vorrichtungen ist folgende: Im
Augenblick, wo sich die Kontakte i und 2 voneinander trennen, springt der Lichtbogen
zwischen ihren Enden über und wird schnell auf den Funkenziehkontakt 2' und die
Endelektrode i' geblasen. Diese Umwandlung der Lichtbogenstrecke kann auf zwei verschicdene
Arten
stattfinden. Entweder biegt die Querblasung den Lichtbogen so weit aus, daß er die
beiden Hilfselektroden i' und 2' erreicht, oder aber es kann, sich mvischen diesen
Elektroden i' und 2' ein zweiter Lichtbogen bilden, ohne daß der Lichtbogen zwischen
den Kontakten i und 2 die Endelektrode i' erreicht. Dieser zweite Lichtbogen kann
erst entstehen, -wenn die Blasung die durch den Lichtbogen ionisierten Gase in den
Raum zwischen den Hilfselektroden treibt, wo alsdann von selbst ein zweiter Lichtbogen
überspringt. Der am Kontakt i haftende Lichtbogenteil@erlischt erst, wenn der Lichtbogen
die Elektroden i' und 2' verbindet, und dieser letztgenannte Lichtbogen, der angenähert
geradlinig in der Achse des Blasstromes verläuft, erlischt sehr schnell. -Bei den
Ausführungsformen nach Fig.2, 3 und 5 verschiebt sich der eine Haftpunkt des Lichtbogens
längs der Verbindungsleitung -oder längs der metallischen Innenwand des Kamins 6,
während der zweite Haftpunkt am Funkenziehkontakt 2' verbleibt. Der Lichtbogen schwingt
gewissermaßen um den Funkenziehkontakt 2', bis er in die axiale Lagegelangt, in
welcher er schnell erlischt. Die Verschiebung des Lichtbogens erfolgt hierbei mit
äußerster Geschwindigkeit.
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Auf die beschriebene Art ist also die Länge des Lichtbogens genau
begrenzt; er kann eine bestimmte Länge bis über die Endelektrode hinaus nicht überschreiten,
Wird der Lichtbogen durch einen Flüssigkeitsstrahl, beispielsweise Druckwasser oder
Drucköl, gelöscht, so sind der Bau und die Arbeitsweise der Schalter ähnlich wie
oben für gasige Blasstoffe beschrieben.
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Fig. 1 ¢ und 15 zeigen zwei Ausführungsbeispiele für diesen Fall.
-Der feste Kontakt ist mit i und der bewegliche Kontakt, dessen Öffnungsrichtung
durch einen Pfeil 15 angedeutet ist, mit 2 bezeichnet. Diese Kontakte sind in einem
mit Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder Öl, gefüllten Behälter 16 untergebracht.
Gegenüber den Kontakten befindet sich die Düse eines Einspritzrohres 3, das zu einem
Kolben 17 führt, durch welchen ein Flüssigkeitsstrahl gegen die Kontakte i und 2
geschleudert werden kann. Mit den gestrichelten Linien 18' ist die theoretische
Ausbreitung dieses Strahles dargestellt.
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Der feste Kontakt ist an einen Funkenziehkontakt i' angeschlossen,
während der bewegliche Kontakt mit einer Endelektrode 2' verbunden ist. Die Kontakte
2' und i' hegen in dem mittleren Bereich des Blasstromes.
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Wie Fig. 1 4. und 15 zeigen, kann die Blasung in vertikaler Richtung
von unten nach oben oder in horizontaler Richtung stattfinden; aber auch andere
Richtungen wie dargestellt kommen in Frage, z. B. vertikale Richtung nach unten
hin.
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Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist durch die gestrichelten Linien
angedeutet, welche das allmähliche Verlegen des Lichtbogens bis zu seiner Endlage
in der Mitte des Blasstromes zeigen.