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Schalter mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas Man hat versucht, Schalter
mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas zu bauen, bei welchen das Druckgas durch mechanische
Mittel während des Ausschaltvorganges erzeugt wird. Hierbei ergeben sich jedoch
Schwierigkeiten insofern, als der Beginn und die Dauer der Druckgasbeblasung mit
den Erfordernissen der Lichtbogenlöschung nicht ohne weiteres in Einklang gebracht
werden können. Nlan hat zwar Ventile vorgesehen, die das Druckgas erst nach einem
bestimmten Hub ,des Kompressionsorgans ausströmen lassen; doch bereitet die Steuerung
derartiger Organe Schwierigkeiten und bietet keine sichere Gewähr für die Gleichzeitigkeit
von Blasung und Kontakttrennung. Auch verursachen die Ventile Hemmungen der Druckgasströmung.
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Ebenso unvollkommen ist eine bekannte Anordnung, bei welcher der Kompressionskolben
eine Umlaufleitung steuert und dadurch den Druckgasweg freigibt. Abgesehen davon,
daß hier auch Energieverluste in der Umlaufleitung auftreten, ist in keiner Weise
sichergestellt, daß die Blasung an den Kontakten im Augenblick der Kontakttrennung
beginnt. Es ist vielmehr zu erwarten; daß entweder die Blasung später beginnt, was
eine Verschmorung der Kontakte zur Folge haben würde, oder daß schon vor der Trennung
der Kontakte Druckgas abströmt und infolgedessen bei der Stromunterbrechung keinen
genügenden Druck mehr besitzt. Dies bedeutet gleichzeitig eine schlechte Ausnutzung
der Druckgaserzeugungsvorrichtung. Schließlich ist auch eine, Anordnung bekannt,
bei welcher die Kontakttrennstelle innerhalb des Kompressionszylinders angeordnet
ist und der bewegliche Kontakt selbst den Verschluß des Kompressionsraums bildet
und an einem zweiten, mit einer Verklinkung versehenen Kolben angebracht ist, dessen
Sperrung beim Erreichen einer gewissen Druckhöhe im Kompressionszylinder aufgehoben
wird. Derartige Schalter sind jedoch insofern nachteilig, als zunächst bei der Kontakttrennung
infolge der dann vor sich gehenden starken Raumvergrößerung des Druckverdichtungsraumes
durch das Bewegen des den beweglichen Schaltkontakt tragenden Kolbens der Druck
der gespannten Luft sehr schnell absinkt und @dalier für eine wirksame Lichtbogenlöschung
nicht mehr zur Verfügung steht. Ferner wird ein großer Teil der aufgespeicherten
Druckenergie in Bewegungsenergie für den den beweglichen Schaltkantakt tragenden
Kolben umgesetzt, wobei sich nur ein schlechter Wirkungsgrad ergibt und auch Abdichtungsschwierigkeiten
auftreten, insbesondere bezüglich der Verklinkung des zweiten Kolbens. Hinzu kommt
noch als weiterer Nachteil, daß die Unterbrechungsstelle im Innern eines abgedichteten
Kompressionszylinders liegt und daher nicht zugänglich ist, so daß sie bezüglich
der Kontaktabnutzung auch nicht überwacht werden kann.
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Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Ausführungen und
besteht darin, daß die Kompressionsvorrichtung und die
Schaltstelle
derart ausgebildet und miteinander verbunden sind, daß die Freigabe der Ausströmöffnung
aus dem Kompressionsraum durch den beweglichen Schaltkontakt nach einem bestimmten
Hubweg des Kompressionsorgans erfolgt und dabei die gesamte erzeugte Druckluftenergie
ausschließlich zur Beblasüng des Unterbrechungslichtbogens dient.
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Diese Anordnung hat im besonderen den Vorteil, daß sichergestellt
ist, daß im Augenblick der Kontakttrennung genügender Druck an der Unterbrechungsstelle
vorhanden ist und daß die ganze Drückgasmenge zur Lichtbogenlöschung ausgenutzt
wird, wodurch die benötigte Druckgasmenge auf ein Minimum reduziert werden kann:
Gerade dieser letztere Gesichtspunkt ist von besonderer Bedeutung für Schalter,
bei denen wie im vorliegenden Fälle das Druckgas bei der Ausschaltung durch eine
Kompressionsvorrichtung erzeugt wird; weil nämlich die Abmessungen und damit der
Preis der Kompressionsvorrichtung sehr stark von der benötigten Druckgasmenge abhängen.
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Statt einen Kolben zur Verdichtung der Blasluft zu verwenden, können
auch blasebalgähnliche Anordnungen bzw. Harmonikawände mit beweglicher Stirnwand
verwendet werden. Die Bewegungsenergie des Kolbens bzw. der beweglichen Wände kann
durch den Schaltstrom unterstützt werden: Die Geschwindigkeit der Erzeugung des
Verdichtungsdruckes ist dann abhängig von der Schaltstromstärke.
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Der Druck der verdichteten Luft ist im Augenblick der Trennung der
Kontakte am größten, da der Kontakt selbst die Ausströmöffnung des Druckgases verschließt.
Es wird also mit Sicherheit nicht nur der Lichtbogen gelöscht, sondern auch gleich
nach der Löschung mit größtem Druck die Kontaktstrecke abgeriegelt und hierdurch
eine Wiederzündung verhindert. Diese dem Löschvorgang angepaßte Druckgasverteilung
ist wesentlich für das Verhindern von Rückzündungen, also auch für das sichere Schalten
bzw. für die Schaltleistung überhaupt. Deshalb ist es auch zweckmäßig, die Druckgaserzeugungsvorrichtung,
z. B. den Zylinder mit Kolben oder das Harmonikarohx, möglichst nahe an der Unterbrechungsstelle
anzuordnen.
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Eine besonders zweckmäßige Ausbildung der Kontakte wird dadurch erreicht,
daß das verdichtete Gas durch ein Rohr zugeführt wird, in welchem der bewegliche
Kontakt konzentrisch angeordnet ist. Als feststehender Kontakt wird zweckmäßig eine
Kontaktdüse verwendet, die in der Einschaltstellung den bewegten Kontakt kozentrisch
umgibt. Gegebenenfalls könnte aber auch der feststehende Kontakt als Kontaktstift
oder Kontaktmesser innerhalb einer Düse aus Isolier-Stoff angeordnet sein, während
der bewegliche Kontakt senkrecht zum feststehenden aus dieser Isolierdüse herausbewegt
wird. Der feststehende Kontakt befindet sich in der günstigsten Löschstellung, so
daß bei der Kontakttrennung an ihm die Lichtbogenlöschung durch das strömende Druckgas
erfolgt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In Abb. i ist eine Anordnung dargestellt, hei der die Bewegung des
Verdichtungskolbens und damit die Erzeugung des Druckgases unabhängig von der Kontaktbewegung
gemacht ist: Der feststehende Kontakt i mit seinem Fortsatz 5 ist über einen Stutzer
8 am Gehäuse io befestigt. Der bewegte Kontakt besteht aus einem Rohr 6, in das
der Kontakt 2 über Rippen 3 eingesetzt ist, Das Rohr 6 gleitet gedichtet auf einem
Rohr 28, welches gleichzeitig zur Führung des bewegten Kontaktes und als Zuleitung
des verdichteten Gases dient. Das Rohr 28 wird gleichzeitig als Stromzuführungsstück
verwendet, während am Rohr 6 der Schleifkontakt 7 angebracht ist. Der Antrieb des
bewegten Kontaktes erfolgt über Isolierhebel 13 von der Welle 14 aus, die durch
die Ausschaltfeder 15
angetrieben wird. Die Feder 15 dient nur zur Bewegung
des beweglichen Kontaktes und kann, da die Verdichtungsarbeit in einer besonderen
Federaufgespeichert wird, entsprechend schwächer gehalten werden. Das Rohr 28 ist
auf dem Zylinder 9 befestigt, der von einem Stutzer ii getragen wird. Im Zylinder
9 gleitet ein Kolben 29, der über die Kolbenstange 30 vom Hebel 32 und der Welle
33 bewegt wird. Die Welle 33 wird durch eine oder mehrere Federn bewegt, in denen
beim Einschalten die Verdichtungsarbeit aufgespeichert wird. Der Boden des Zylinders
9 ist mit mehreren Öffnungen 31 versehen, so daß beim Spannen der Verdichtungsfedern,
die nicht gezeichnet sind, eine Verdichtung unterhalb des Kolbens 29 vermieden ist.
Der Ausschaltvorgang vollzieht sich wie folgt: Die Wellen 14 und 33 sind in der
Einschaltstellung verriegelt. Beim Auftreten eines Überstromes wird zunächst die
Welle 33 ausgelöst, wobei der Kolben 29 unter der Einwirkung der nicht gezeichneten
Federn nach oben bewegt wird. Die Luft im Raum 26 innerhalb des Rohres 28 und des
Rohres 6 wird verdichtet. Nunmehr erfolgt eine Auslösung der Welle 14., und der
bewegte Kontakt 6 bewegt sich unter der Einwirkung der Ausschaltfeder 15 in die
Ausschaltstellung. Nachdem die Kontakte i und 2 getrennt sind, strömt das verdichtete
Gas aus dem Raum a6 nach der Unterbrechungsstelle hin und löscht den dort gebildeten
Lichtbogen.
Nach der Löschung dient die nachströmende verdichtete Luft zum Verhindern der Rückzündung.
Die Anordnung kann so getroffen sein, daß der Beginn der Ausschaltbewegung, d. h.
die Entriegelung der Welle 14 vom Druck im Raum 26 abhängig gemacht ist. In den
meisten Fällen wird es genügen, wenn die Welle 1q. eine gewisse Zeit nach der Auslösung
der Welle 33 freigegeben wird. Die gezeichnete Anordnung hat den Vorteil, daß die
Bewegung des bewegten Kontaktes in die Ausschaltstellung unabhängig von der Verdichtung
erfolgt und daß, da die Verdichtungsarbeit der Blasluft in besonderen Federn aufgespeichert
wird, die Einschaltung schnell erfolgen kann. Abb. i stellt nur schematisch einen
Schnitt durch einen Pol eines Drehstromschalters dar. Statt, wie gezeichnet, den
Zylinder 9 an Spannung zu legen, kann man auch die Druckgasei-zeugung an geerdeten
Teilen, z. B. durch einen besonders ausgebildeten Federantrieb oder Magnetantrieb,
vornehmen und die verdichtete Luft durch einen hohlen Stutzer nach dem Rohr 28 führen.
Bei der gezeichneten Anordnung kann man mit Vorteil den Kolben 29 durch einen vom
Hauptstrom durchflossenen Magneten bewegen, so daß der Druck der Blasluft von der
Schaltstromstärke abhängig ist. Die An= ordnung kann gegebenenfalls so getroffen
sein, daß normalerweise der Kolben 29 durch Federn bewegt wird und nur bei Überstrom
die elektromagnetische Unterstützung der Kolbenbewegung wirksam wird.
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In Abb. 2 ist eine Anordnung gezeichnet, bei welcher die Druckgaserzeugung
in einem geerdeten Zylinder 9 vorgenommen wird. Der Düsenkontakt i wird von einem
Hohlstutzer 4.3 getragen, der an seinem unteren Ende eine Öffnung besitzt, durch
welche der bewegte Kontakt 6 hindurchgreift. Der bewegte Kontakt 6 ist bei q:4.
geführt und besitzt an der feststehenden Führungd.4 auch seine Stromzuführung. Die
Führung 44 ist auf einem Teil ihrer Länge geschlitzt. Ebenso besitzt der bewegliche
Kontakt 6 eine Bohrung 4.5, durch welche ein Dorn 46 des Antriebshebels
13 hindurchgreift. Der Isolierhebel 13 ist auf der Welle 14 befestigt und
wird durch einen nicht gezeichneten Antrieb bewegt. Die Führung .I4. wird von zwei
Isolierplatten .47 getragen, zwischen welchen der Antriebshebeli3 angeordnet ist.
Der Antriebshebel 13 ist als Doppelhebel ausgebildet und treibt innerhalb des Gehäuses
io über die Kolbenstange 3o den Kolben 29 an. Beim Ausschalten wird gleichzeitig
der bewegte Kontakt 6 nach unten und der Kolben 29 nach oben bewegt. Durch die Bewegung
des Kolbens wird die Luft im Raum 26 verdichtet und tritt durch den hohlen Isolator
43 nach der Unterbrechungsstelle hin. Der Kontakt 6 besitzt eine gewisse Überschleifung
gegenüber dem Düsenkontakt i, so daß die Trennung und die Freigabe des Gasaustrittes
erst nach einem gewissen Hub des Verdichtungskolbens 29 erfolgt. Die Bebläsung der
Unterbrechungsstelle findet während des ganzen Hubes des beweglichen Kontaktes statt.
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In Abb. 3 ist eine Anordnung gezeichnet, die vorwiegend für niedere
Spannungen verwendet werden soll. Den oberen Abschluß eines Isoliergefäßes 55 bildet
der Düsenkontakt i. Konzentrisch zu der äußeren Wandung des Isoliergefäßes 55 ist
ein Rohr 64 vorgesehen, das mit diesem verbunden ist. Innerhalb des Isolierzylinders
55 gleitet ein Kolben 56, der in der Mitte einen rohrförmigen Ansatz 57 besitzt.
Dieser Ansatz 57 ist dicht im Rohr 6,4 geführt, ebenso wie der Kolben 56 im Isoliergefäß
55. Der bewegliche Stiftkontakt 2 ist innerhalb des Isolierrohres 57 so angeordnet,-
daß er mit diesem einen j engen Ringkanal -bildet, durch welchen die verdichtete
Luft der Unterbrechungsstelle zuströmt. An der Unterseite des Kolbens 56 ist eine
Armatur 6o befestigt. Der bewegliche Kontakt 2 und der Stromzuführungsstift 70 sind
an dieser Armatur 6o verbunden. Die Armatur 6o ist becherförmig ausgebildet und
besitzt auf ihrem Umfang mehrere große Durchbrüche 61, durch welche das im Raum
26 verdichtete Gas der Unterbrechungsstelle bzw. dem Ringkanal zwischen 2 und 57
zuströmt. Das Isoliergefäß 55 wird an seiner Unterseite durch den Deckel 62 dicht
abgeschlossen, durch den der Stromzuführungsstift 70 gedichtet hindurchgeführt
ist. Der Deckel 62 trägt auch die Stromzuführung 63 für den bewegten Kontakt. Oberhalb
des Kolbens 56 ist eine Öffnung 58 vorgesehen, die. der Entlüftung des Raumes oberhalb
des Kolbens dient. DieAusschaltfeder 59 ist zwischen dem Kolben 56 und dem Gehäuse
55 vorgesehen. Der Antrieb des bewegten Kontaktes und des Kolbens ist nicht besonders
gezeichnet; er kann beliebig sein und greift am Stromzuführungsstift 7o an. Nachdem
die Bewegung des bewegten Kontaktes freigegeben ist, wird durch die Feder 59 der
Kolben 56 und damit auch der Kontakt :2 nach unten bewegt. Die Luft innerhalb des
Raumes 26 wird verdichtet und strömt durch die Öffnungen 61 und das Rohr 57 nach
der Unterbrechungsstelle. Der Kontakt 2 besitzt eine gewisse Überschleifung gegenüber
dem Düsenkontakt i, so daß im Augenblick der Unterbrechung bereits Druckgas genügenden
Druckes an der Unterbrechungsstelle zur Verfügung steht. Die Löschung des Lichtbogens
erfolgt also mit verdichteter Luft höheren Druckes, während nach Erlöschen des Lichtbogens
mit
verdichteter Luft geringeren Druckes bis zur Beendigung der
Kontaktbewegung nachgeblasen wird. Die in Abb. 3 gezeichnete Form eines Schalters
mit Druckluftlöschung eignet sich besonders'für Schalter für Spannungen bis etwra
iooo Volt. Schalter nach diesem Ausführungsbeispiel lassen sich zweckmäßig als Motorschutzschalter
u.: dgl. verwenden.
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Die Druckgasschalter nach Abb. i und 2 können mit vergrößertem Schaltweg
auch als Tfennschalter Verwendung finden, da nach vollzogener Unterbrechung die
Trennstelle sichtbar ist.