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Schalter mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas Das Patent
607 703 bringt bereits zum Ausdruck, daß es, um tatsächlich eine sichere
Lichtbogenlöschung zu erzielen, unbedingt erforderlich ist, das zur Lichtbogenlöschung
dienende Druckgas so .an die Kontaktstelle heranzuführen, daß es den Lichtbogen
in jedem Fall erfaßt und seinen weiteren Weg bzw. seine Ausbreitung eindeutig bestimmt.
Zu diesem Zweck wird in dem Stammpatent vorgeschlagen, daß für die Ausnutzung der
größten Blaswirkung des zwischen die Kontakte geblasenen Druckgasstromes die in
Richtung des Druckgasstromes zu öffnenden Kontakte selbst kaminartig ausgebildet
sind, oder daß die die Kontakte umgebenden Teile des Schalters kaminartig ausgebildet
sind. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß der Lichtbogen mit voller Kraft
vom Dru_ckgasstrom getroffen und in kürzester Zeit zum Abreißen gebracht wird.
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Bei bekannten Druckgasschaltern dieser Art hat man die Trennstelle
der Kontakte so gelegt, daß sie an der Stelle der stärksten Blaswirkung liegt, und
zwar befindet sich die Berührungsstelle der Kontakte an der engsten Stelle einer
vom Druckgas durchströmten Düse, in deren Achsrichtung der bewegte Kontakt beim
Abschalten verschoben wird. Der Unterbrechungslichtbogen entsteht also zwischen
der engsten Stelle der Düse und der Spitze des bewegten Kontaktes und gelangt daher,
wenn der bewegte Kontakt zwecks Verlängerung des Lichtbogens aus der Verengung der
Düse herausgezogen wird, in ein Gebiet, wo die Druckgasströmung nur schwach ist.
Hierunter leidet die für die Stromunterbrechung erforderliche Kühlwirkung des Druckgases,
und auch das Abführen der durch den Lichtbogen ionisierten Gasteilchen wird beeinträchtigt,
so daß man verhältnismäßig hohe Gasdrücke benötigt, um eine sichere Stromunterbrechung
zu erzielen.
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Die zusätzliche Erfindung betrifft eine Verbesserung und Weiterbildung
dieser Schalter und besteht darin, daß die die Kontakte umgebenden kaminartigen
Teile des Schalters aus Isolierstoff bestehen und eine Düse bilden, in deren, in
der Strömungsrichtung gesehen, sich erweiterndem Teile die Kontakttrennstelle angeordnet
ist und durch deren Öffnung beim Ausschaltvorgang der bewegliche Schaltstift und
der Druckgasstrom gegenläufig hindurchtreten.
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Bei dieser Anordnung kann der mittlere Teil des Lichtbogens in der
Verengung der Düse sich befinden und daher im Gebiet stärkster Blasung bleiben,
unabhängig davon, wie weit der bewegte Kontakt aus der Verengung
der
Düse herausgezogen wird. Man kann also, je nach der Betriebsspannung und Stromstärke,
für die der Schalter bestimmt ist, die Lichtbogenlänge beliebig bemessen und dadurch
die für die Stromunterbrechung günstigsten Verhältnisse herbeiführen. Die engste
Stelle der Düse kommt als Ansatzpunkt für den Lichtbogen nicht in Betracht, weil
die Düse aus Isoliermaterial besteht und in der Verengung keine Teile des festen
Kontaktes liegen. Da sich der feststehende Kontakt in dem Expansionsteil der Düse
befindet, also im Gebiet höchster Strömungsgeschwindigkeit des Druckgases liegt,
und der Lichtbogen in Achsrichtung der Düse zentriert ist, so ist die Kühlung und
die Abführung der ionisierten Gasteile besonders günstig.
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Die Verwendung von Isolierdüsen ist bei Druckgasschaltern an sich
bekannt. Bei bekannten Anordnungen dieser Art befinden sich jedoch die Teile des
feststehenden Kontaktes an der Verengung der Düse, so daß die Wirkungsweise im wesentlichen
die gleiche ist wie bei Metalldüsen. Bei anderen bekannten Anordnungen ist zwar
die Verengung der Isolierdüse von Kontaktteilen frei. Jedoch ist bei diesen Schaltern
der feststehende Gegenkontakt in freier Luft in -einem Abstand vom Ende der Isolierdüse
angeordnet, so daß der kühlende Druckgasstrom an dieser Stelle nicht mehr zwangsläufig
geführt ist und seine Kühlwirkung auf den Lichtbogen geringer ist.
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Gegenüber a11 diesen bekannten Anordnungen bringt die Erfindung den
weiteren Vorteil, daß man die Düsenöffnung sehr eng machen kann, was für die Beschränkung
des Druckgasverbrauches günstig ist, weil hier die bei Schaltern mit Metalldüse
auftretende Gefahr von Rückzündungen zwischen Stiftspitze und Düsenwandung oder
des Kurzschließens des oberen Teiles des Lichtbogens nicht besteht. Es wird also
eine sichere Lichtbogenlöschung mit einem Mindestaufwand an Druckgas und bei verhältnismäßig
kleinen Gasdrücken erreicht.
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Es ist zweckmäßig, den feststehenden Kontakt so anzuordnen und auszubilden,
daß sich an ihm keine Wirbelungen ergeben. Hierzu eignen sich besonders Kontakte
in Form von Rohren und Stiften, deren Achse in der Richtung der Beblasung liegt;
doch können auch Rippen, zweckmäßig von stromlinienförmigem Querschnitt, deren Achsen
senkrecht zur Blasrichtung stehen, als feststehende Kontakte dienen. -Dadurch, daß
der feststehende Kontakt in einem erweiterten Teil der Düse sitzt, wird die Lage
des Lichtbogens in bezug auf die Gasströmung festgelegt. Der an dem feststehenden
Kontakt wandernde Fußpunkt des Lichtbogens und der Lichtbogen selbst werden durch
den feststehenden Kontakt gekühlt, so daß bei Vorhandensein eines Schalldämpfers
in diesen weder zu heiße Gase noch der Lichtbogen selbst hineingelangen können.
Hierdurch wird es möglich, die Schalldämpfer näher an den Schaltraum heranzubringen,
da sie vor dem heißen Lichtbogen sicher geschützt sind. Der feststehende Kontakt
kann mit dem Schalldämpfer zusammengebaut werden, so daß die ganze Bauart des Schalters
wesentlich kleiner und leichter wird.
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Die Form des Schaltraumes bzw. des Ausströmraumes kann verschieden
sein, z. B. statt rund oval bis zum schmalen Rechteck, insbesondere so, daß der
Querschnitt der Düse dem des bewegten Kontaktes entspricht.
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Zum Beblasen können beliebige Gase dienen, auch Gase mit aus festen
oder flüssigen Stoffen bestehenden Zusätzen, Dampf o. dgl. Die Gase können von besonderen
Erzeugungsstätten, von Reservoiren, Flaschen o. dgl. zugeführt werden; sie können
aber auch, da der benötigte Druck und die erforderliche Gasmenge gering sind, im
Schalter selbst erzeugt werden; z. B. durch eine bei der Bewegung des Schalters
betätigte Kompressionsvorrich= tung oder durch die Wirkung des Lichtbogens bzw.
des Stromes.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Schalters nach der
Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, Abb. z eine andere Ausführungsform
der Kontaktanordnung, Abb.3 eine dritte Ausführungsform der Kontaktanordnung, Abb.4
einen Vertikalschnitt durch Abb. 3, senkrecht zur Bildebene.
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In Abb. i ist i der bewegliche Kontakt, der rohrförmig ausgebildet
ist, 2 der feststehende Kontakt, 3 das Schaltergehäuse, .4, $ die Leitungsanschlüsse,
6 ein Strömungspfeil, der die Richtung der Druckgasströmung andeutet.
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Das Schaltergehäuse ist aus Isoliermaterial und an der Schaltstelle
düsenförmig ausgebildet. Die Düse erweitert sich zu beiden Seiten der Verengung.
Der bewegliche Kontakt i geht durch die engste Stelle der Düse hindurch in den unterhalb
der Verengung gelegenen Raum. Der feststebende Kontakt a, der von Rippen 9 getragen
wird, liegt in dem erweiterten Teil 8 der Düse oberhalb der Verengung. Die deri
Kontakt 2 tragenden Rippen 9 dienen gleichzeitig als Stromleitung. Der Strom fließt
im Einschaltzustand von der Klemme 5 über das hohle Schaltstück i, den feststehenden
Kontakt 2 und die Rippen 9 zur Klemme 4. Der Kontakt 2 wird zweckmäßig
als
länglicher Körper so. ausgebildet, daß seine äußere Begrenzung im wesentlichen nach
Strömungslinien verläuft, so daß Wirbelungen vermieden werden. Der Kontaktdruck
kann dadurch geschaffen werden, daß das hohle Schaltstück i in seinem oberen.Teil,
der den Stromübergang nach dem Kontakt vermittelt, durch besondere Federn oder durch
die eigene Federung, z. B. durch Schlitze im Rohr, zu einem festen Anschmiegen gegen
den Kontakt 2:gebracht wird.
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Das den beweglichen Kontakt bildende Rohr enthält an geeigneter Stelle
Öffnungen io, durch welche die Blasluft von innen an die Kontakte herangeführt werden
kann. Dabei kann die Anordnung so getroffen sein, daß im eingeschalteten Zustand
Gas vom Raum 7 überhaupt.nicht oder nur in ganz geringen Mengen abströmt.
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Die Ausschaltung erfolgt dadurch, daß der bewegliche Kontakt i nach
unten bewegt wird. Gleichzeitig strömt Druckgas in der Pfeilrichtung 6 durch die
Düse nach oben ab, so daß der Unterbrechungslichtbogen, der bei der Ausschaltbewegung
des Kontaktes i von dem feststehenden Kontakt 2@ aus entgegen der Blasrichtung in
die Verengung der Düse und durch sie hindurchgezogen wird, intensiv beblasen und
gekühlt wird, wodurch die Stromunterbrechung herbeigeführt wird. Die Einschaltung
erfolgt dadurch, daß der Kontakt i wieder nach oben in die gezeichnete Lage gebracht
wird. Bei einer derartigen Anordnung kann außer den Wandungen 3 des Schaltraumes
und der Düse auch die Umhüllung des an den Expansionsraum 8 anschließenden Schalldämpfers
aus Isolierstoff bestehen.
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Zur Verringerung der Gasreibung können die Rippen 9 einen stromlinienförmigen
Querschnitt besitzen.
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In Abb. 2 besteht der feststehende Kontakt aus zwei plattenförmigen
Körpern 1q., die durch besondere Federn oder sonst geeignete Mittel den Kontaktdruck
auf das messerartig bewegte Schaltstück 15 übertragen. Die' Düsenöffnung des Gehäuses
3 und die Querschnitte des Raumes 7 können der Form der Kontakte dadurch angepaßt
werden, daß sie eine ovale oder rechteckige Form besitzen. Besonders zweckmäßig
ist es, wenigstens den dngsten Querschnitt der Düsenöffnung mindestens angenähert
gleich dem Querschnitt . des Schaltmessers 15 zu machen.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 und 4 sind die zweckmäßig stromlinienförmigen
Querschnitt besitzenden Rippen 9 so ausgebildet, daß sie selbst den feststehenden
Kontakt bilden.
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Der bewegliche Kontakt i ist stiftförmig ausgebildet und an seinem
oberen Ende kegelförmig. Der obere Teil wird vorzugsweise aus schwer verdampfendem
Material, z. B. Wolfram, hergestellt. Ebenso können die Rippen 9, die den feststehenden
Kontakt bilden, oder Teile derselben aus Wolfram bestehen.