DE664985C - Elektrischer Schalter - Google Patents

Description

19 OCT. 1938

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, bei dem ein Blasstrom, einer Flüssigkeit gegen den sich zwischen den Kontakten des Unterbrechers bildenden Lichtbogen mittels eines Kolbens oder einer ähnlichen Pumpvorrichtung getrieben wird, welcher bzw. welche durch eine Feder oder ein anderes nachgiebiges Glied angetrieben wird, die bzw. das infolge der Schließbewegung eines beweglichen Kontaktes des Stromunterbrechers oder infolge der Schließbe\vegung eines durch den genannten Kontakt be\vegten Gliedes gespannt wird.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, einen elektrischen Schalter mit einem Kolben ,auszurüsten, an welchem eine der Elektroden in der Weise angeordnet ist, daß beim Schließen des Stromunterbrechers oder des Schalters eine Feder zusammengedrückt wird, so daß beim Wiederöffnen des Stromunterbrechers oder des Schalters die Feder gegen den Kolben wirkt, um Gas oder Flüssigkeit in den Lichtbogen zu treiben. Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird jedoch der Gasstrahl durch den Kolben gewöhnlich einfach nach außen getrieben, d. Ii. der Gasstrom wirkt nicht auf eine Gegenfläche des Kolbens in einem begrenzten Raum.

' Es ist ferner bei Stromunterbrechern bekannt, den Stoß der Schaltbrücke durch Federn aufzufangen und an der Schaltbrücke Zylinder anzuordnen, in denen Kolben verschiebbar sind. Durch diese Kolben soll beim Senken der Schaltbrücke Ül gegen die festen Kontakte getrieben werden. Die KoI-ben werden daher nicht durch die Federn vorwärts getrieben, sondern die Pumpwirkung wird durch Abwärtsdrücken der Zylinder bei stillstehenden Kolben erzielt.

Es ist ,auch bekannt, durch den bewegliehen Schalterkontakt beim Schließen des Schalters einen Kolben entgegen der Wirkung einer Feder nach unten zu drücken. Durch diese Einrichtung soll nur eine Öldruckerhöhung innerhalb der Schalterkammer hervorgerufen werden. Der ganze, durch die Lichtbogenbildung erzeugte Druck wirkt in diesem Fall auf die obere Fläche des Kolbens derartig ein, daß die Wirkung der genannten Feder verzögert wird.

Bei Einrichtungen an Ülschaltern zum Unterdrücken des Lichtbogens ist es auch bekannt, einen fedcrbeeinllußten Kolben zu verwenden, der um die Schalterkontaktc angeordnet ist und .beim Schalten nach unten bewegt wird, um ein Aufwärtsströmen des Öls

an den Schaltstücken hervorzurufen. Dieser Kolben nimmt mit Ausnahme der Trennstellen den gesamten Gefäßquerschnitt ein und ist unabhängig von der Schalterträverse nach unten bewegbar, wobei während der Aufwärtsbewegung des Kolbens augenscheinlich keine Verbindung zwischen dem Kolben und ' der Schaltertraverse besteht. Bei dieser bekannten Einrichtung kann, selbst wenn angenommen 'würde, daß dort der Kolben während der Schließbewegung des Stromunterbrechers durch die Schaltertraverse nach oben gezogen wird, die vorgenannte Schließbewegung nur sehr langsam erfolgen, da die FJäche des genannten Kolbens sehr groß ist und die abwärts gerichtete Zugwirkung der Federn während der Überwindung des beim Schließvorgang auftretenden Widerstandes der nach oben gerichteten, gegen den Kolben wirkenden Kraft entgegenwirkt. In Hinblick auf die Stärke dieser Federn ist zu berücksichtigen, daß, da der Kolben praktisch fast den ganzen Querschnitt des Ölbehälters einnimmt, der durch die Federn ausgeübte Gesamt druck außerordentlich groß sein muß, d. h. es müssen außerordentlich starke Federn verwendet werden, wenn eine schnelle Anfangsbewegung erzielt werden soll, um Öl in wirksamer Weise gegen die Elektronen zu treiben. Wird dagegen der durch den Kolben auf das Öl ausgeübte Druck niedrig gehalten, so muß der Widerstand, der sich dem Strom des Öls entgegensetzt, gering gehalten, werden. In diesem Fall müßten die Kanäle, in denen sich die beweglichen Kontakte bewegen, sehr großen Querschnitt erhalten, so daß der Ölstrom nicht in wirksamer Weise gegen die Kontakte gerichtet werden kann.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, die Löschkammer eines ölscbalters mit einer Pumpvorrichtung zu versehen, die durch einen in der Löschkammer angeordneten Zylinder gebildet wird, in dem sich ein federbeeinflußter Differentialkolben bewegen kann, welcher mit der Kolbenfläche geringeren Querschnitts einen Ölstrahl abwärts durch eine konzentrisch zu den Kontakten liegende ringförmige Öffnung nach dem Ende der beweglichen Elektrode spritzt. Bei dieser Vorrichtung dient die den Differentialkolben beeinflussende Feder nur zur Aufwärtsbewegung dieses Kolbens und dehnt sich aus, wenn der Stromunterbrecher geschlossen wird oder der Differentialkolben von dem einseitig auf ihn ausgeübten Druck entlastet wird.

Durch die Erfindung ist bezweckt, den Kolben und die Feder oder ein entsprechend einer Feder arbeitendes Glied in einfacher Weise in die Arbeitsbereitschaft zu bringen und eine vorteilhafte Ausnutzung der in der Feder aufgespeicherten Kraft im Sinne der Löschung des Lichtbogens zu ermöglichen. ' Die Erfindung besteht darin, daß der Kolben unter der Einwirkung einer infolge der Schließbewegung des beweglichen Kontaktes gespannten Feder steht und das Löschmittel mit Hilfe der einen Kolbenfläche aus einer Kammer des Löschmittelraumes durch den hohl ausgebildeten ortsfesten Kontakt nach einer anderen Kammer des Löschmittelraumes treibt, die teilweise durch die andere Kolbenfläche begrenzt wird, welche einen gleichen oder größeren wirksamen Querschnitt als die erstgenannte Kolbenfläche hat. Dadurch, daß beim -Erfindungsgegenstand der Lichtbogendruck Zugang zu der hinteren Kolbenfläche hat, ist verhindert, daß der Druck der Lichtbogenprodukte der Wirkung der Feder entgegenarbeitet. Falls die hintere Kolbenfläche größer .als die vordere Kolberifiäche ist, wird ein unausgeglichener Druck auf den Kolben in dem Sinne hervorgerufen, daß die Lichtbogenprodukte die Wirkung der Feder unterstützen. Wenn die beiden Kolbenflächen gleich sind, findet annähernd ein Ausgleich des Drucks an der vorderen Kolbenfläche durch den Druck an der hinteren Kolbenfläche statt, so daß der Druck an der vorderen Kolbenfläche nicht die Wirkung der Feder beim Vorwärtstreiben des Kolbens in nennenswertem Maße entgegenarbeiten kann. Der Stromunterbrecher nach der Erfindung bietet den Vorteil, daß durch die genannte Feder unter Vermittlung des erwähnten Kolbens in wirksamer Weise Löschflüssigkeit zwischen die Unterbrecherkontakte getrieben werden kann, so daß eine rasche Löschung des Lichtbogens gewährleistet ist. Es ist auch ermöglicht, mit Hilfe des Stromunterbrechers nach der Erfindung Lichtbogen über einen weiten Bereich von Stromwerten zu ünterbrechen^ d, h. es können schwache oder starke Ströme über diesen weiten Bereich unterbrochen werden, ohne daß im Falle des Auftretens starker Ströme die Gefahr eintritt, daß der Kolben durch den Druck der Lichitbogenprodukte in falscher Richtung bewegt wird.

Um die rasche Löschung des Lichtbogens zu begünstigen, ist es nach der Erfindung zweckmäßig, den Kolben mit verschieden größen Flächen zu versehen und den durch die Feder oder ein anderes nachgiebiges Mittel auf den Kolben ausgeübten Druck in der gleichen Richtung wirken zu lassen wie den Druck des gasförmigen oder flüssigen Mittels, der auf die größere Fläche des Kolbens zur Einwirkung gebracht wird.

Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformcn eines Schalters oder Strom-Unterbrechers nach der Erfindung dargestellt.

Fig, ι ist ein mittlerer senkrechter Längsschnitt durch eine Ausführungsform des Stromunterbrechers, bei welcher der Druck der Lichtbogenprodukte mehr oder weniger verschieden (differential) .auf beide Flächen eines Kolbens wirkt.

Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie H-II der Fig. i.

Fig. 3 ist ein mittlerer senkrechter Längsto schnitt durch eine weitere Ausführungsform des Schalters, bei welcher die Wirkung der Feder nur dann durch den Druck der Lichtbogenprodukte unterstützt wird, wenn ein Auslaß am oberen Ende genügend kleinen Querschnitt hat.

Fig. 4 ist ein waagerechter Querschnitt nach der Linie V-V der Fig. 3.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte elektrische Schalter ist mit einem metallischen

ao Behälter 1 versehen, der im wesentlichen zylindrisch gestaltet ist. In den Zylindermantel des Behälters 1 ist eine Deckelplatte 2 geschraubt, die am unteren Ende des Einführungsisolators 3 befestigt ist. Der ortisfeste Kontakt 4 des Schalters ist an einem sich nach unten erstreckenden Rohr 5 angebracht, welches in eine kappenartige, an der Deckelplatte 2 befestigte Platte 6 eingeschraiubt ist.

Auf dem Rohr 5 ist ein ringförmiger Kolben 7 mit seiner inneren Mantelfläche verschiebbar. Der obere Ring 8 des Kolbens 7 gleitet mit seiner äußeren Fläche innerhalb der zylindrischen Wandung des Behälters 1.

Die untere Scheibe 9 des Kolbens 7 gleitet in einem rohrförmigen Glied 10, welches in den Behälter 1 unmittelbar über dem die Bodenplatte des Schalters festhaltenden Sicherungsring geschraubt ist.

Der bewegliche Kontakt 11 des Schalters ist voll ausgebildet. In Fig. 1 ist dieser Kontakt in der Schließlage innerhalb des ortsfesten Kontaktes 4 dargestellt. Der Kolben 7 ist ebenfalls in seiner obersten Stellung veranschaulicht, in welche er durch die Feder 12 getrieben ist, die in der · veranschaulichten Stellung sich vollständig ausgedehnt hat. Am oberen Ende ist der Kolben 7 an seinem ganzen Umfang mit zinnenartigen Vorsprüngen 13 versehen. Bei der dargestellten Ausi'ührungsform wirken die Vorsprünge 13 nicht als Anschläge, sondern dienen nur zur Erzielung einer zusätzlichen Führungsfläche für den Kolben 7.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Kolben 7 als Differentialkolben ausgebildetj d. h. der Druck, der durch die Lichtbogenprodukte bei der Auseinanderbewegung der Kontakte 4 und 11 hervorgerufen wird, wirkt verschieden auf die untere Fläche der Scheibe q des 'Kolbens 7 und auf die obere Fläche der Seheibe 8. Da die obere Fläche größer als die untere Fläche ist, besteht ein unausgeglichener Druck, der den Kolben 7 abwärts zu treiben sucht. Durch die Feder 6s 14, welche dem Kolben 7 am Anfang eine An- laßbewegung nach unten erteilt, wird ein Fluidum, wie Öl oder Gas, gegen die Kontakte zu der Zeit oder vor der Zeit getrieben, zu welcher die Lichtbogenbildung beginnt. Wegen der Trägheit der beweglichen Teile könnte diese Bewegung des · Kolbens 7 nicht eintreten, falls die Feder 14 nicht vorgesehen wäre.

Es ist zu berücksichtigen, daß der obere Teil des Rohres 5 mit Ausschnitten versehen ist, d. h. es sind zwischen vier streifenförmigen Teilen 15 Zwischenräume freigelassen. Auf der oberen Fläche des Ringes 8 des Kolbens 7 ist ein als Mitnehmer wirkender Ring

16 angeordnet, der mit radialen, zwischen die Streifen ι S greifenden Armen 17 (Fig. 2·) versehen ist. Ferner ist innerhalb des Rohres 5 auf der Oberseite der radialen Arme

17 und des ringförmigen Mitnehmers 16 ein Druckübertragungsring 18 angeordnet, gegen welchen die Feder 14 wirkt. Diese Feder übt daher einen Druck auf den Kolben 7 aus. Der Kolben 7 wird in der dargestellten obersten Stellung aus dem Grunde gehalten, weil der bewegliche Schalterkontakt 11 gegen den Mitnehmer 16 unter Vermittlung eines Zapfens 19 wirkt. Dieser Zapfen besteht im vorliegenden Fall aus Isolierstoff und erstreckt sich von dem Mitnehmer 16 nach unten. Infolgedessen drückt der Zapfen 19 den Mitnehmer 16 nach oben und drückt die Feder 14 zusammen, so daß der Feder 12 gestattet ist, den Kolben 7 in der dargestellten oberen Stellung zu halten. An der Deckel- xoo plattet sind Sickeröffnungen 20 vorgesehen. Auch der ortsfeste Kontakt 4 ist mit Sickeröffnungen 21 versehen.

Beim Öffnen des Schalters wirken die Teile wie folgt:

Der bewegliche Kontakt 11 wird abwärts bewegt, und zwar beispielsweise durch die übliche Querstange. Infolge dieser Abwärtsbewegung werden die Zapfen 19 und die Feder 14 von dem auf diese Teile wirkenden no Druck befreit. Die Feder 14 beginnt sich sofort auszudehnen, um den Kolben 7 nach unten' zu drücken. Zu der gleichen. Zeit wird jedoch ein Lichtbogen zwischen dem ortsfesten Kontakt 4 und dem beweglichen Kontakt 11 hervorgerufen. Durch die Produkte der Lichtbogenbildung wird ein Druck erzeugt, der auf die untere und auf die obere Fläche des Kolbens einwirkt. Der Druck überträgt sich hierbei durch den mittleren Kanal in den ortsfesten Kontakten 4 sowie durch die Fenster zwischen den Streifen 15

des Rohres 5 und kann auf diese Weise auf die obere Fläche des Kolbens 7 wirken. "Wenn daher die Feder 14 abwärts gegen den KoI-. ben 7 gepreßt wird, so bewegt auch der geschilderte Differentialdruck den Kolben 7 vollständig abwärts, bis der Druck sich durch eine Auslaß Öffnung 22 zu einer Zeit ausgleicht, zu welcher der Lichtbogen ausgelöscht worden ist, wenn der Schalter die volle Öffnungsstellung erreicht hat. Wegen der Befreiung von dem Druck oberhalb des Kolbens 7 kann die Feder 12 diesen Kolbiem heben. Beim Schließen des Schalters wird der Kolben 7 vollständig in seine normale obere Stellung zurückgebracht, weil der bewegliche Kontakt r 1 gehoben wird, so daß dieser Kontakt die Feder 14 zusammendrückt. An Stelle der in Fig. 1 dargestellten patrizen- und matrizenärtig ausgebildeten Kontakte 4 und 11 können auch Kontakte vorgesehen sein, die sämtlich voll ausgebildet sind. In diesem Fall kann die Stange oder der Zapfen 19 in entsprechender Weise verlängiert sein.

" Bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform sind entsprechende Teile mit den gleichen. Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 versehen. In diesem Fall hat jedoch der Kolben 7 oben und unten Flächen von gleichem Querschnitt, so daß kein Differentialdruck ausgeübt wird." Die gesamte Abwärtsbewegung des Kolbens 7 wird in diesem Fall durch die Feder 14 hervorgerufen, welche größeren Durchmesser als die entsprechende, in Fig. 1 dargestellte Feder hat und unmittelbar gegen den Kolben 7 wirkt.

Wird der Schalter nach Fig. 3 und 4 geöffnet, so wird bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 7 das gasförmige oder flüssige Löschmittel durch den Zwischenraum zwischen dem ortsfesten Kontakt 4 und dem beweglichen Kontakt 11 sowie durch den Kanal in der Mitte des Kontaktes 4 aufwärts getrieben. I-n diesem Fall können das auf die geschilderte Weise aufwärts getriebene Öl und andere Produkte derartig ausgetrieben oder ausgefegt werden, daß eine Auslassöffnung 22, welche am oberen Teil des Behälters 1 vorgesehen ist, vollständig geöffnet sein kann, d. h. es ist nicht erforderlich, einen Druck aufrechtzuerhalten, bis der Kolben praktisch das untere Ende seines Hubes erreicht hat. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist der Kolben 7 am oberen Ende mit zinnenförmigen Ansätzen 13 versehen, um die Führungsfläche zu vergrößern. Die Größe der Auslaßöffnimg 22 kann von der Größe einer bloßen Sickeröffnung bis zu dem Punkt geändert werden, an welchem dor ganze obere Teil des Behälters 1 praktisch geöffnet ist. Je kleiner die Auslaßöffnung 22 ist, um so mehr ist der Druck des gasförmigen oder flüssigen Mittels fast gleich an beiden Seiten des Kolbens 7 und um so weniger wird die freie Wirkung der Feder 14 beeinträchtigt.

Die aus Isolierstoff bestehende, in den Kolben 7 geschraubte und an der Deckelplatte 2 geführte Stange j^a (Fig. 3) ist mit einem Schalter in einem Hilfsstromkreis verbunden, so daß dieser Schalter nur dann geschlossen wird, wenn der Hauptstromunterbrecher vollständig geschlossen wird. Auf diese Weise wird eine Steuerung des Stromunterbrechers verhütet, bis der Kolben 7 seine oberste Stellungerreicht hat.

Aus den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ersichtlich, daß in den Fällen, in denen die Kraft zum Antrieb des Kolbens lediglich durch eine zusammengedrückte Feder ausgeübt wird, ausreichende Öffnungen vorgesehen sein müssen, durch welche die die Feder enthaltende, Kammer mit einem Behälter von -genügender Kapazität verbunden ist, um eine erhebliche Verringerung des Druckes an der Rückseite des Kolbens zu verhindern, der durch die Feder angetrieben wird. Falls ein Kolben verwendet wird, um Flüssigkeit gegen den Lichtbogen zu treiben, können auch eine oder mehrere feine, sich durch den Kolben erstreckende go' Sickeröffnungen vorgesehen sein, um den Spiegel irgendeines Fluidums zu regeln, welches unterhalb des Kolbens verwendet werden kann, und um die Bildung einer Gasfalle zu verhindern oder die Grenzen einer Gasfalle zu bestimmen. Diese Öffnungen dürfen jedoch nicht so groß sein, daß ein erhebliches Entweichen von Flüssigkeit durch diese Öffnungen während des Öffnungsvorganges stattfinden kann.

In -dem Fall, in welchem ein durch einen Lichtbogen hervorgerufener Druck die Wirkung der Feder zur Bewegung des Kolbens unterstützt, ist es im allgemeinen erforderlich, nur feine Öffnungen vorzusehen, welche aus der Kammer an der Rückseite des Kolbens herausführen, um zu gestatten, daß Gas langsam durch diese Öffnungen entweicht und daß neue Flüssigkeit vor dem nächsten Schließvorgang des Stromunterbrechers eintritt.

Im allgemeinen soll in dem Fall, daß der Kolben mit einer abwärts gerichteten Stange versehen ist, der für den Kolben vorgesehene Anschlag so angeordnet sein, daß sich das untere Ende der Stange nicht unterhalb des unteren Endes des ortsfesten Kontaktes bewegt, um zu verhüten, daß das untere Ende der Stange zu lange mit der Flamme des Lichtbogens in Berührung bleibt.

Da, allgemein ausgedrückt, die beim Schalter nach der Erfindung verwendete Feder

oder die Federn in der gleichen Richtung wirken wie die gewöhnlich zum Öffnen von Stromunterbrechern vorgesehenen Federn, können diese gewöhnlichen Federn in maa-S chen Fällen weggelassen werden, und der unter Federwirkung stehende Kolben kann zum Öffnen des Stromunterbrechers benutzt werden. Bei einem Vielfachschalter brauchen federbeeinflußte Kolben nicht an allen Punk-

to ten der Unterbrechung vorgesehen zu sein, oder die Punkte der Unterbrechung können unsymmetrisch angeordnet sein. Im letzteren Falle ist es zweckmäßig, die federbeeinflußten Kolben an solchen Stellen zu verwenden, daß die gesamte sich ergebende Triebkraft kein Moment hat, welche die Querstange oder den Kontaktträger des Stromunterbrechers zu kippen sucht.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Elektrischer Schalter, bei dem ein flüssiges Löschmittel durch einen Kolben gegen den Lichtbogen getrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (7) unter der Einwirkung einer infolge der Schließbewegung des beweglichen Kontaktes (11) gespannten Feder (14) steht und das Löschmittel mit Hilfe der einen KoI-benfläche aus einer Kammer des Löschmittelraumes durch den hohl ausgebildeten ortsfesten Kontakt (4) nach einer anderen Kammer des Löschmittelraumes treibt, die teilweise durch die andere Kolbenfläche begrenzt wird, welche einen gleichen oder größeren wirksamen. Querschnitt als die* erstgenannte Kolbenfläche hat.
2. 2. Elektrischer Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Differentialkolben (7) zusammenwirkende Feder (14) unabhängig von diesem Kolben gespannt wird, so daß, wenn ein Lichtbogen beim Schließen des Stromunterbrechers gebildet wird, der in diesem Fall entstehende Druck auf den Kolben einwirken kann, ohne eine Wirkunjg auf die Feder auszuüben (Fig. 1).
3. 3. Elektrischer Stromunterbrecher nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zweite Feder (12), welche schwächer als die unabhängig gespannte Feder (14) ist und welche bei der Schließbewegung des beweglichen Kontaktes (11) den Kolben (7) in seine Anfangslage zurückbeweigt.
4. 4. Elektrischer Stromunterbrecher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben- isoliert ist, so daß er während keines Teiles seines Hubes an der Führung des durch den Schalter fließenden Stromes teilnimmt.
5. 5. Elektrischer Stromunterbrecher .nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt (11) gegen ein Stoßglied (19) wirkt, das zwisehen diesem Kontakt (11) und dem Kolben (7, Fig. 3) oder zwischen diesem Kontakt (11) und einem gegen den Kolben (7, Fig. 1) wirkenden Glied (16) derartig angeordnet ist, daß beim Einschalten das Stoßglied (19) durch den beweglichen Kontakt einen unmittelbaren Druck gegen die Feder (14) oder ein anderes nachgiebiges Glied (16) ausübt und dadurch die Rückbewegung des Kolbens (7) verursacht oder gestattet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen