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Gasschalter mit Lichtbogenlöschung durch strömende Gase und, Dämpfe
Zusatz zum Patent 673 314 Gegenstand des Patents 673 314 ist ein elektrischer Gasschalter
mit Lichtbogenlöschung durch strömende Gase und Dämpfe, die durch den Unterbrechungslichtbogen
aus den Wandungen einer Schaltröhre freigerpacht werden, bei welchem das bewegliche
Schaltstück hohl ausgebildet ist und ein in der Schaltröhre vorgesehenes Isolierfüllstück
umgreift.
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Gemäß der zusätzlichen Erfindung wird eine Verbesserung= des Gegenstandes
des Hauptpatents dadurch erreicht, daß das Füllstück aus zwei Teilen besteht, und
zwar aus einem im Einschaltzustand in die Schaltröhre hineinragenden Teil von geringerem
Durchmesser als dem Schaltröhrendurchmesser,. der von dem hohlen, beweglichen Schaltstück
in der Einschaltstellung umschlossen wird, und aus einem zweiten Teil, der annähernd
den gleichen Durchmesser besitzt wie die Schaltröhre und erst bei der Stromunterbrechung
in die Schaltröhre hineinbewegt wird. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß
der Lichtbogen zunächst in einem Ringspalt zwischen gasabgebenden Wandungen gezogen
wird, daß dann aber beim Fortschreiten des Abschaltvorganges das Füllstück auch
einen Teil des durch das Herausziehen des hohlen Schaltstückes gebildeten Ringraumes
annähernd ausfüllt, wodurch insbesondere für die Lichtbogenlöschung kleinerer Ströme
günstige Verhältnisse geschaffen werden. Außerdem erzielt man eine sichere Spannungsabriegelung
des Schalters im ausgeschaltetenZustand. Weitere erfindungsgemäße Vorteile sind
an den später beschriebenenAusführungsbeispielen erkennbar.
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Die Füllstückbewegung kann durch die Schaltbewegung ausgelöst bzw.
mit ihr gekuppelt werden. Bei der Auslösung wird das Füllstück durch eine besondere
Feder angetrieben, die isoliert unmittelbar angreifend öder geerdet über Gestänge
angreifend angeordnet werden kann.
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Bei diesen Anordnungen kann der Druck im Gasraum leicht zur Verzögerung
der Füllbewegung bei großen Strömen ausgenutzt werden. Eine Kupplung der Füllbewegung
mit der Schaltbewegung ist über geerdete Antriebe möglich. Besonders vorteilhaft
ist die lösbare unmittelbare Kupplung des Schalt-und des Füllstückes, wie in Abb.
4 bis 7 beispielsweise
erläutert ist. Bei dieser Anordnung wird
ohne Verwendung eines besonderen Antriebes eine beliebig große Füllbewegung erreicht.
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An Hand der Abbildungen ist der Erfindungsgegenstand erläutert: Abb.
i zeigt einen Ringräumschalter mit Federnachschub des Füllstiftes. i ist der feste
Kontakt, 2 der bewegliche Kontakt, 3 -die Schaltröhre, 4 der Füllstift, 5 sein Großstromteil,
6 sein Kleinstromteil, 8 eine Metalleinlage; 9 und io sind die Antriebsfedern; i
i ist der Abbrennring; 12 der Kontiktraum, 13 die Hülle des Kontaktraumes.
Die rechte Seite zeigt denAusschaltzustand, die linkeSeite den Einschaltzustand
des Schalters. Beim Einschalten wird das Füllstück 4 durch den massiven Schaltstückteil
14 nach unten gedrückt. Dabei werden die Federn 9 und io züsammengepreßt, wobei
der Federsteller 15
die an der linken Seite eingestrichelte Lage einnimmt.
Durch Verwendung voiz Federstellern lassen sich bei geringer Federhöhe mit zwei
oder mehreren konzentrischen Schraubenfedern große Hübe erreichen. Derartige Anordnungen
sind besonders vorteilhaft an Stellen, an denen in der Längsrichtung der Platz begrenzt
ist. Die Federn 9 und io können verschiedene Härten haben. Dadurch läßt sich der
Bewegungsverlauf des Füllstücks in weiten Grenzen regeln. Der kolbenartig ausgebildete
Führungsfortsatz 16 des Füllstiftes schützt gleichzeitig die Feder 9 vor,Schaltgasen.
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In Abb. 2 ist der eigentliche Füllstift ¢ mit dem Großstromteil 5
feststehend angeordnet. Über ihm gleitet ein zusätzliches Ringfüllstück 6; .das
im wesentlichen zur Kleinstromlöschung dient. Es wird an seinem kolbenartigen Fortsatz
16 durch .die Feder 9 nach oben gedrückt. Die linke Seite der Abbildung zeigt -den
eingeschalteten Sehälter, die rechte Seite den Augenblick, in dem das Schaltstück
die Röhre verläßt. Bei kleinen Strömen folgt der Füllring 6 .dem Schaltstück sofort
nach, bei großen Strömen wird er durch den Licht-Bogendruck auf dem Kolben 16 zurückgehalten.
Zur Großstromlöschung dient insbesondere der obere Teil der Schaltröhre 3. In der
Röhrenwandung- sind Rillen 17 angeordnet, die eine Durchwrbelung des Gases bewirken
sollen. Anstatt ihrer oder zusammen mit ihnen können: Rillen 18 auch am Füllstück
angebracht werden. Die schraubenförmigen Rillen haben den Zweck, eine rotierende,
richtunggebende Gasbewegung beim Austritt aus der Düse zu erzeugen. Bei diesem Schalter
ist besonderer Wert auf das Ausströmen der Gase beim Löschen gelegt. Die kegelige
Endigung i9 des feststehenden Füllstiftes und die Ausweitung 22 der Röhre ergeben
ein gerichtetes Zusammenhalten der Schaltgase. Die Schaltgase strömen in das hohle
Schaltstück 2 hinein und um das Schaltstück herum. Damit die Schaltgase ungehindert
durch das Schaltstück strömen können und so der Schaltstückquerschnitt mit zum Ausstoßen
der Gase verwendet ist, ist es mit Schlitzen 2o verseben. Die Schaltgase verlassen
in der Regel .die Röhrenmündung mit großer Geschwindigkeit in Form eines Kegels.
Die Formgebung des Düsenmundes beeinflußt zusammen mit dem in dem Gasstrahl sich
bewegenden Schaltstück .die Art der Ausströmung, insbesondere den Öffnungswinkel
des Kegels. Mit Rücksieht auf gute Gasabführung ist es erwünscht, den Kegel möglichst
schlank zu halten. Zu diesem Zweck müssen die Gasteilchen die Röhrenmündung möglichst
parallel verlassen. In der Abb. 2 wird .dies durch den Vorraum 22 erreicht, so daß
die Tendenz, sich nach Verlassen der Mündung auszubreiten, auf ein Minimum reduziert
wird. Durch Verwendung eines hohlen, durchströmten Schaltstückes wird erreicht,
daß die Gase nicht am Schaltstück radial abprallen. Dies ist besonders wesentlich,
solange das Schaltstück nahe der Mündung ist, d. h. beim eigentlichen Löschblasstoß.
Der düsenartige Austritt 2i aus der Schaltröhre ergibt eine stärke Konzentration
des Gasstrahls, so daß bei Mehrphasenschaltern auch bei großen Strömen und ohne
besondere Leitvorrichtungen kein Phasenüberschlag durch Schaltgase zu befürchten
ist.
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In Abb. 3 erfolgt der Nachschub des Füllstücks durch eine geerdete
Feder 9 mittels eines Ieolierhebels 23. Bei eimem derartigen Antrieb muß das Füllstück
aus dem Räum 12 herausgeführt werden. Die Führung 24 dient gleichzeitig als Dichtung
für die Schaltgase. In der Regel genügt eine einfache, lange Metallfassung als Dichtung.
Es können aber auch Stopfbuchsen, Kolbenringe u. dgl. vorgesehen werden. Der herausbewegte
Teil 25
des Füllkörpers wird vorteilhafterweise gleich oder dünner als das
Füllstück ausgebildet, wenn sofortiges Nachkommen erwünscht ist. Er ist dicker als
-das Füllstück auszuführen, falls eine Bremsung durch den Lichtbogendruck bei großen
Strömen erwünscht ist. Die Dichtungsführung 24 kann als eine Schlitzführung 26 fortgesetzt
werden. Das Druckstück s7 bewegt sich in dem Schlitz 26. Sowohl der Kleinstromteil
6 als auch der Großstromteil 5 des Füllstücks können kegelig, ineinander übergehend
o. dgl: ausgeführt werden. Die Anordnung ist auch bei vollem Schaltstück anwendbar.
Der Druckhebel 23 kann auch zwangsläufig mit dem. Antrieb des Schaltstücks gekuppelt
werden. Dann fällt .die Feder g fort. Durch ;geeignete kinematische Verbindung kann
ider Füllweg in Abhängigkeit
vom Schaltweg .beliebig geregelt werden,
insbesondere kann die Füllbewegung etwas später als die Schaltbewegung einsetzen.
Eine weitere Beeinflussungsmöglichkeit bietet die Formgebung des Füllstücks. Der
Füllstiftquerschnitt kann allmählich (kegelig oder in anderer Weise) oder in Sprüngen
zunehmen, so daß die Verengung des Schaltraumes im Verlaufe der Füllbewegung zunimmt.
Die Löschung erfolgt dann um so schneller, je größer der Strom ist.
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Die zwangsläufige Verbindung wird in Abb. 4 bis 7 dadurch erreicht,
daß beim Einschalten mittels einer lösbaren Kupplung das Schaltstück mit dem Füllstück
verbunden wird. Beim Ausschalten wird das Füllstück vom Schaltstück zunächst mitgenommen
und nach Erreichen der Endlage des Füllstücks freigegeben, so daß eine Lufttrennstrecke
zwischen dem Füllstück und dem Schaltstück entsteht.
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In Abb. 4 ist an der linken Seite der eingeschaltete Schalter, an
der rechten Seite der Augenblick der Trennung des Schaltstücks vom Füllstück dargestellt.
Die Kupplung erfolgt durch Mitnehmer 28, die an den Blattfedern 29 am Schaltstück
oberhalb der Kontaktstelle befestigt sind. Die Endigung i9 des Füllstücks 5 ist
derart geformt und in der Erweiterung der Röhrenmündung angeordnet, daß die Mitnehmer
durch die Verengung der Röhre beim Einschalten in den Hals der Endigung i9 gegen
die Kraft der Feder 29 eingedrückt werden und das Füllstück nach unten bewegen.
Beim Ausschalten wird das Füllstück bis zu der an der rechten Seite dargestellten
Lage mitgenommen. Eine weitere Mitnahme bzw. ein Herunterfallen kann durch besondere
Sperrungen verhindert werden. Es ist stets grundsätzlich günstig, wenn der Füllstift
in seinen Endlagen festgehalten' wird. Dies kann durch Sperrungen, Klinken o. dgl.
erfolgen, allein oder zusammen mit vorgespannten Federn,. die die Lage in einer
Richtung festlegen. Auf diese Weise werden stets gleichartige Verhältnisse insbesondere
beim Einkuppeln erreicht. In der Abbildung wird :dies durch das Zusammengehen des
festen Kontaktes i bewirkt, der in die Verjüngung 3o am unteren Füllstiftteil eingreift.
Der feste Kontakt besitzt eine besondere Ausbildungsform, die möglichst geringe
radiale Ausdehnung bei entsprechender Vergrößerung der axialen Länge anstrebt. Die
Kontaktbacken 31 sind an Hebeln 32 um die Achsen 33 schwenkbar. Die Stromzuführung
erfolgt durch Bänder 34. Die Hebel 32 sind mit kurzen Hebeln 35, die etwa rechtwinklig
zu ihnen stehen, verbunden. Auf diese Hebel drückt über den Ring 36 eine Schraubenfeder
37. Die gesamte Anordnung ist durch einen Mantel 38 abgedeckt. Die Mitnahme
kann auch zentral am Füllstück erfolgen durch eine kraftschlüssige Kupplung, wie
in Abb. 5 dargestellt. In Abb.5 sind 39 zwei gebogene Blattfedern deren Formgebung
derart ist, daß sie beim Einschalten leicht in die Höhlung 4o des Füllstücks eindringen
und infolge ihrer Federkraft dieses bei der Aufwärtsbewegung mitnehmen. Der Vorteil
dieser zentralen Anordnung liegt vor allem darin, daß der Kupplungsteil im Füllstück:
vor Lichtbogengasen geschützt liegt. Dei rohrartige Kontakt :2 kann weiter als dargestellt
über die Federn hinausreichen, so daß diese sich in einer Gastasche befinden. Dadurch
wird ein Umströmen der Federn durch heiße Gase wirksam verhindert.
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Es sind auch ändere, ähnliche Anordnungen möglich, die eine kraftschlüssige
Kupplung zwischen dein Schalt- und dem Füllstück bewirken. Im Gegensatz dazu zeigt
Abb. 6 eine besondere Art lösbarer, formschlüssiger Kupplung. Hierzu wird die Möglichkeit
der Drehbewegung des freibeweglichen Füllstücks ausgenutzt. In das Füllstück sind
schraubenartige Rillen 41 bzw. 42 veränderlicher Steigung an seiner Spitze und an
seinem unteren Ende eingeschnitten. In diese Rillen greifen Vorsprünge 43 am Schaltstift
bzw. feststehende Vorsprünge 44 an der Führung 13. Die Anordnung der Vorsprünge
am Stift zeigt Abb. 7, die einen Schnitt in Höhe 7... 7 der Abb. 6 darstellt. Beim
Einschalten treten die Vorsprünge 43 in die Einläufe 45 der Rillen an der Endigung
.des Füllstiftes. Die Vorsprünge 44 befinden sich am Ende 46 der Rillen 42, wo die
Steigung der Rillen Null oder fast Null ist. Der herabdrückende Schaltstift bewirkt
infolgedessen zunächst keineAbwärtsbewegung des Füllstücks, sondern nur eine Drehung
(von oben gesehen im Uhrzeigersinn). Dabei durchlaufen die Vorsprünge 43 die Rillen
41 fast bis zum Ende, während die Vorsprünge 44 an den Rillen 42 an die Stellen
großer Steilheit 47 gelangen. Jetzt wird die Weiterdrehung des Füllstiftes durch
die Abwärtsbewegung an den unteren Rillen bewirkt, während die oberen Rillen am
Ende 48 horizontal verlaufen. Dadurch ergibt sich eine formschlüssigeEinklinkung
zwischen dem Füll- und dem Schaltstück. DieseAugenblickslage ist in Abb. 6 dargestellt.
Bei der Weiterbewegung führen das Füll- und das Schaltstück eine gemeinsame Abwärtsbewegung
durch. Während. dieser Zeit wird das Füllstück am Drehen durch den vertikalen Teil
49 der Rillen 42 verhindert. In gleicher Weise -und umgekehrter Reihenfolge erfolgt
die . Entklinkung beim Ausschalten. Der Hauptvorzug dieser Anordnung ist das gänzliche
Fehlen zusätzlich bewegter und insbesondere
federnder Teile. Während
die anderen Kupplungsarten jedoch für alle Querschnittsformen anwendbar sind, ist
die Anwendung dieser Kupplung auf konzentrische Anordnungen beschränkt.