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Gasschalter Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter
mit Lichtbogenlöschung durch ein Druckmittel, welches beim Abschaltvorgang durch
den Unterbrechungslichtbogen selbst aus den Wandungen eines vorzugsweise röhrenförmigen
Schaltraumes entwickelt wird, die aus einem unter der Lichtbogeneinwirkung gasabgebenden
Stoff bestehen.
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Bei derartigen Gasschaltern ist bereits vorgeschlagen worden, zum
Zwecke der Verringerung der Bauhöhe des Schalters und der großen Beanspruchungen
der beweglichen Schalterteile auch die Schaltröhre mitsamt dem festen Schaltkontakt
gegenläufig zum beweglichen Schaltkontakt beweglich anzuordnen. Der Antrieb. der
Schaltröhre erfolgt bei der. vorgeschlagenen Anordnung durch ein besonderes Gestänge,
das natürlich den Schalter kompliziert.
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Bei der Erfindung handelt .es sich demgegenüber um die Aufgabe, die
Wandungen des Schaltrohres, aus denen das Löschgas durch den Abschaltlichtbogen
frei gemacht wird, vor einer unnötigen Abnutzung zu schützen. Denn die Menge des
erzeugten Löschgases hängt bei den gleichen gegebenen Verhältnissen neben der Intensität
des Lichtbogens in.der Hauptsache von der Zeit ab, während welcher die Lichtbogeneinwirkung
auf die Wandungen der Schaltröhre stattfindet.
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Da .diese Zeit aber bei den bekannten Schaltern bei der Abschaltung
großer wie kleiner Ströme im wesentlichen gleich ist und die Schaltrohrlänge in
der Regel so bemnessen ist, daß kleine Ströme sicher abgeschaltet werden, so ergibt
sich für die Abschaltung großer Ströme eine unnötig lange, Einwirkungszeit des Lichtbogens
auf die gasabgebenden Wandungen, die infolgedessen naturgemäß einem starken Verschleiß
unterliegen.
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Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß die
gegenläufige Bewegung der Schaltröhre unter dem Einfluß des durch den Unterbrechungslichtbogen
bzw. durch den abzuschaltenden Strom hervorgerufenen Gasdruckes in der Schaltröhre
mehr oder weniger schnell erfolgt und dadurch der Ausschaltrichtung des beweglichen
Kontaktes entgegengesetzt gerichtet ist. Da nunmehr die Einwirkungszeit des Lichtbogens
bei großen Strömen wesentlich kürzer ist als bei kleinen Strömen, wird die Abnutzung
der Schaltröhre stark herabgesetzt.
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Es ist nvar bei Flüssigkeitsschaltern bekannt, die Löschkammer mit
dem festen Kontakt beweglich anzuordnen. Jedoch dient diese Maßnahme einem anderen
Zweck als beim Erfindungsgegenstand.
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Die bei der erfindungsgemäßen Anordnung auf die Schaltröhre ausgeübte
Beschleunigung ist um so größer, je größer der Querschnitt des Schaltstückes ist,
je geringer die Masse des elastisch bewegten Teiles ist und je schwächer die Rückstellfeder
ist. Um eine möglichst wirkungsvolle Anordnung zu erhalten, ist es deshalb zweckmäßig,
die Fedei4
nur so stark auszubilden, daß sie zuverlässig die Schaltröhre
und den Gegenkontakt in die Einschaltstellung bringt. Ferner wird die Masse des
elastisch bewegten Teiles möglichst klein gehalten, und die Reibungsverluste werden
gleichfalls auf ein Minimum gebracht. Diese Forderungen werden in besonders hohem
Maße erzielt, wenn die Kontaktstelle in der Gaskammer als Druckkontakt ausgebildet
wird und die Feder zur Erzeugung des erforderlichen Kontaktdruckes in der Endstellung
eine ausreichende Vorspannung besitzt.
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Um einen sicheren Stromübergang von dem elastisch bewegten Teil auf
den feststehenden Stroinanschluß zu erreichen, wird vorteilhaft ein Stromband verwendet,
da es eine geringere Reibungsarbeit als ein Schleifkontakt ergibt.
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Eine -weitere Ausbildung der Erfindung ergibt sich durch eine kinematische
Umkehrung der Funktion des Schaltstiftes einerseits und der Schaltkammer mit dem
Gegenkontakt andererseits. Wird nämlich die Schaltröhre mit dem Gegenkontakt beim
Schalten bewegt, so kann das Schaltstück am festen Stromanschluß elastisch angeordnet
werden, wie z. B. in Abb. q. gezeigt. Bei einer derartigen Anordnung ist die Masse
des Schaltstückes außerordentlich gering im Vergleich zur Masse der Kammer, so daß
das Schaltstück besonders große Beschleunigung erhält.
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Die Gaserzeugung in der Schaltkammer kann durch besondere bekannte
oder vorgeschlagene Maßnahmen, -wie durch ein Isolierfüllstück oder durch eine Zufuhr
von Fremddruckgas gesteigert --erden.
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Ferner ist es möglich, bei kleinen Drücken, wie sie in der Regel bei
Verdichtung der Luft an der Schaltstelle zur Verfügung stehen, die Löschung zu unterstützen,
indem am anderen Ende der Röhre ein Unterdruck erzeugt und das Gas gesaugt -wird.
Dadurch kann erreicht -werden, daß selbst, wenn der Druck in der Röhre niedriger
als der kritische Druck der Luft ist, also weniger als etwa i,9ata beträgt, die
Gasströmung in der Röhre mit der Schallgesch-vindigkeit erfolgt.
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In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Es bedeuten: i das Schaltstück, 2 den Gegenkontakt, 3 die Schaltröhre,
4 die Gaskammer, 5 die Rückstellfeder, 6 den Stromanschluß, 7 ein Stromband, welches
die Verbindung zwischen dem Stromanschluß und der elastisch bewegten Schaltkammer
darstellt.
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-In Abb. i ist die Anordnung mit einem Druckkontakt i, 2 dargestellt.
Beim Ausschalten großer Ströme bewegt sich die Schaltröhre 3 mit der Schaltkammer
q. (in der Abbildung nach unten), -wobei die Feder 5 gespannt wird, kolbenartig
in dem feststehenden Anschlußteil8. Dabei wird die Luft in dem Tei18 verdichtet
und tritt durch die Öffnung g ins Freie. Durch entsprechende Bemessung dieser Öffnung
9 kann eine weitgehende Anpassung der Federungscharakteristik der Feder und des
Luftvolumens in 8 an die Schaltverhältnisse erzielt- werden. Insbesondere kann bei
Venvendung einer verhältnismäßig schwachen Feder 5 und einer kleinen Öffnung 9 die
Rückstellbewegung (in der Abbildung nach oben) verzögert werden, so daß vorübergehend
während des Schaltvorganges zwischen der Schaltröhre und dem aus der Schaltröhre
ausgetretenen Schaltstück eine besonders große Unterbrechungsstrecke liegt. Da diese
Unterbrechungsstrecke teilweise mit heißen Schaltgasen gefüllt ist, ist ihre Vergrößerung
über den für die normale Luft erforderlichen Abstand für die Rückzündungssicherheit
vorteilhaft.
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N N achdem die Schaltgase abgeströmt sind, bewegt sich die Schaltröhre
unter dem Einfluß der Feder in die gezeichnete obere Lage zurück und saugt dabei
durch die öffnung 9 die Luft in den Raum B.
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In Abb.2 ist eine ähnliche Konstruktion gezeigt, bei der jedoch die
elastisch bewegte Schaltröhre 3 mit der Schaltkammer ¢ mit einem Führungsstift i
o verbunden ist, der in dem Führungsteil gleitet. Die Feder 5 ist um den Führungsstift
herum angeordnet. Diese Anordnung kann besonders zwecimiäßig sein bei Verwendung
eines mit dem .Schaltstück verbundenen und mit ihm mitbewegten Füllstückes. Dann
kann der Führungsteil io hohl ausgebildet sein, so daß das Schaltstück in ihn im
Einschaltzustand hineinragt.
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Die Abb.3 zeigt eine Anordnung, bei der eine Kompression der Luft
während des Löschvorganges stattfindet. Das Schaltstück i ist als ein Rohr ausgebildet.
Die Schaltröhre 3 ist durch ein ihr gegenüber feststehendes Füllstück i i verengt,
so daß der Lichtbogen in dem Ringraum zwischen dein Füllstück und der Schaltröhre
brennen muß. Die Schaltröhre und der Gegenkontakt sind mit einem Kolben 12 verbunden,
der in einem Zylinder 13 gleitet. Beim Einschalten drückt das Schaltstück, das,
wie dargestellt, am Füllstück i i angreift oder das unmittelbar am Kolben 12 angreifen
kann, die Schaltröhre mit dem Kolben nach unten, -wobei die Feder 5 gespannt wird
und das Volumen 14 im Zylinder 13 sich vergrößert. Um einen Energieverlust
durch ein Vakuum im Raum i ¢ zu vermeiden, kann er durch ein nicht dargestelltes
Rückscblagventil mit der Außenluft verbunden werden. Der Raum i q. steht durch die
Kanäle i 5 in Verbindung mit dem Kontaktraum i 6. Beim Ausschalten bewegt sich
das
Schaltstück i schneller nach oben als der elastisch bewegte Teil e, 3, 12. Es entsteht
ein Lichtbogen. zwischen i und 2. Ferner entgteht eine Erhöhung des Gasdrukkes in
den Räumen 1 ¢ und 16. Bei kleinen Strömen, bei denen der Lichtbogen keinen wesentlichen
Gegendruck liefert, erfolgt die Löschung durch Beblasung des Lichtbogens in der
Schaltröhre durch das im Raum 14 verdichtete Gas. Bei großen Strömen tritt jedoch
durch die Lichtbogenwärme bzw. durch die Gaserzeugung aus den Wandteigen der Röhre
und des Füllstückes ein so starker Gegendruck auf, daß der sich ursprünglich nach
oben unter dem Einfluß der Feder bewegende Tei12, 3, 12 nach unten (wie in Abb.
i) durch den Gasdruck bewegt wird. Die Löschung großer Ströme erfolgt also im wesentlichen
durch 'schnelle Längung des Lichtbogens indem Ringraum zwischen 3 und i i. Sie wird
unterstützt durch das Nachblasen mit den im Raum 14 gespeicherten Gasen bei der
Aufwärtsbewegung des Kolbens 12.
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Die Abb.4 zeigt eine kinematische Umkehrung der Anordnung nach Abb.
i. Beim Abschaltvorgang wird die Röhre 3 mit dem Gegenkontakt 2 und der Kammer 4
nach unten bewegt. Das Schaltstück 1 ist elastisch am AnschluBteil 8 durch die Feder
5 angeordnet und mit dem Teil 8 durch ein Stromband 7 elektrisch verbunden. Beim
Abschalten kleiner Ströme findet keine Bewegung des Schaltstückes i statt. Bei großen
Strömen jedoch, sobald der Lichtbogen einen hinreichenden Druck in der Kammer 4
erzeugen kann, erfolgt eine außerordentlich starke Beschleunigung des Schaltstückes
i; es findet also eine sehr schnelle Lichtbogenlängung statt. Es kann zweckmäßig
sein, das Schaltstück i bzw. den Führungsteil S innerhalb einer Gaslenkvorrichtung,
die mit Kühlung ausgestattet sein kann, anzuordnen.