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Löschkammerschalter Zusatz zum Patent 919 233 Indem Hauptpatent 819273
ist ein Löschkammerschalter mit einer durch den Lichtbagengasdruck angetriebenen
Differentialpumpeinrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstrahles zum Löschen
des Lichtbogens beschrieben, bei dem eine an sich bekannte Steuerungseinrichtung
den Zufluß eines fremden Druckmittels zur Differentialpumpeinrichtung in der Weise
steuert, daß das Löschmittel während des Schaltvorganges zusätzlich antreibend auf
Gien Differentialpumpkolben einwirkt.
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Durch die Erfindung soll der Erfindungsgegenstand des Hauptpatents
noch weiter entwickelt werden. Zu diesem Zweck ist bei dem Löschkammer-. schalter,
bei dem eine fremde Kraftquelle beim Abschalten von kleinen Stromstärken ein Druckmittel
zur Differentialpumpeinrichtung treibt, gemäß der Erfindung ein derartiger Schalteraufbau
vorgesehen, claß (las in die Pumpeinrichtung geförderte Druckmittel mindestens zeitweise
über den Lichtbogen hinweg zum Kolbenantriebsraum überströmt.
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Ist bei diesem Löschkammerschalter z. B. ein Hohlkontakt vorgesehen,
dessen Lichtbogenseite mit dem Kolbenantriebsraum in Verbindung steht, so wird das
zugepreßte Druckmittel dem Hohlkontakt von der Rückseite aus zugeleitet. Es durchströmt
den Hohlkontakt von der Rückseite aus und verläßt ihn über den Lichtbogen spülend,
um in den Kolbenantriebsraum zu gelangen. Das Druckmittel kann aber auch, den Hohlkontakt
umspülend, über den Lichtbogen hinweg in den Kolbenantriebsraum eintreten. In beiden
Fällen wird die Druckflüssigkeit, bevor sie in den Kolbenantriebsraum gelangt, das
Kontaktmaterial und darüber hinaus auch den Lichtbogenfußpunkt gut kühlen und die
thermische Beanspruchung des Materials herabmindern. Durchströmt die zusätzlich
zugepreßte Druckflüssigkeit
den Hohlkontakt, so füllt die Flüssigkeit
von Beginn der Kontaktbewegung an den vom Kontaktstift in dem Hohlkontakt freigelegten
Räum auf und verhindert bei der Kontakttrennung ein Abgleiten des Lichtbogenfußpunktes
in den Hohlkontakt hinein. Dadurch bleibt die Kontaktfläche des Hohlkontaktes von
Abbrand verschont, und es ist trotzvielfacherAbschaltungen nach demWiedereinschalten
ein guter Stromübergang an der Kontaktberührungsstelle gewährleistet. Darüber hinaus
ist die Bespülung des Lichtbogens vor oder während des Eintritts der Flüssigkeit
in den Kolbenantriebsraum, insbesondere bei kleinen Abschaltstromstärken sehr erwünscht,
da die hierbei verstärkt einsetzende Verdampfung von Flüssigkeit die Antriebskraft
für den Pumpkolben erhöht.
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Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß nach Beendigung
des Löschvorganges, während der Kolbenantriebsraum der Pumpeinrichtung in freie
Verbindung mit der Außenluft gebracht wird, dem Druckmittelförderraum der Pumpeinrichtung
Druckflüssigkeit vorübergehend zugepreßt wird. Dadurch wird eine beschleunigte Rückstellung
des Pumpkolbens in seine Anfangslage erreicht, so daß der Löschkammerschalter für
eine Wiedereinschaltung in verkürzter Zeit in Bereitschaft steht. Auf diese Weise
ist eine recht kurzzeitige Aus-Ein-Schaltung ermöglicht.
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Die Steuerung des Druckmittels zur Auslösung dieser beiden Vorgänge
kann z. B. durch einen bekannten elektromagnetisch betätigten Schaltapparat geschehen,
wie er zum Ein- und Ausschalten eines Schalters mit Druckluft Verwendung findet.
Die Druckluft wird bei Einleitung eines Abschaltvorganges durch Öffnen eines Druckluftventiles
einem Flüssigkeitsvorratsbehälter zugeleitet und drückt Flüssigkeit aus diesem Vorratsbehälter
in den Kolbenantriebsraum. Nach Beendigung des Löschvorganges, also nach ein paar
Halbwellen, wird das Druckluftventil auf Außenluft umgeschaltet, so daß Druckflüssigkeit
aus dem Kolbenantriebsraum zum Vorratsraum zurücktreten kann. Gleichzeitig mit dem
Umschalten des Druckluftventiles auf Außenluft wird ein zweites Druckluftventil
geöffnet. Die zuströmende Druckluft drückt Druckflüssigkeit in den Druckmittelförderraum
und zwingt den Pumpkolben schnellstens in seine Anfangslage zurück. Hierauf wird
auch das zweite Druckluftventil auf Außenluft umgestellt; es tritt Flüssigkeit aus
dem Schalter in die Vorratsräume zurück, bis sich die Flüssigkeitsspiegel in allen
Räumen ausgeglichen haben.
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Eine wesentliche Vereinfachung der Steuerungseinrichtung für das zusätzliche
Druckmittel zum Löschkammerschalter läßt sich dadurch erreichen, daß das Druckmittel
nur dem Druckmittelförderraum zugeleitet wird. Es ist hierfür nur ein Druckluftzuführungsventil
erforderlich, das gleichzeitig mit der Kontakttrennung geöffnet wird. Der in der
Umgebung des Lichtbogens entstehende Gasdruck lastet auf dem Pumpkolben und der
höhere Druck im Druckmittelförderraumherrscht auch im Flüssigkeitsvorratsraum und
hält dort ein Schwimmerventil nach der Druckluftzufiihrungsleitung hin geschlossen.
Es tritt vorläufig keine fremde Flüssigkeit zum Schalter über. Der Pumpkolben wird,
durch den Lichtbogengasdruck angetrieben, normal arbeiten und Löschung herbeiführen.
Nach erfolgter Löschung verschwindet der Überdruck im Druckmittelförderraum. Das
Schwimmerventil im Flüssigkeitsvorratsraum läßt Druckluft zuströmen, so daß Flüssigkeit
aus dein Behälter in den Druckmittelförderraum gedrückt und der Kolben beschleunigt
in seine Anfangslage zurückgeführt wird. Der Schalter steht sofort für einen neuen
Einschaltvorgang bereit. Inz-,vischen wird durch ein Zeitrelais, das bei Kontakttrennung
betätigt wurde, das Druckluftventil auf Außenluft umgeschaltet, so daß ein Flüssigkeitsausgleich
vom Schalter zum Flüssigkeitsvorratsraum möglich ist.
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Werden aber sehr kleine Ströme abgeschaltet, so reicht die einsetzende
Flüssigkeitsverdampfung in der Umgebung des Lichtbogens nicht aus, den Pumpkolben
in Bewegung zu setzen. Der Kolben bleibt während des Ausschaltens in seiner Ruhelage
und die Druckluft preßt `"orratsfliissigkeit durch den Druckmittelförderraum der
Pumpeinrichtung über den Lichtbogen himveg zum Kolbenantriebsraum und bringt den
Lichtbogen, zeitweise auch unterstützt durch eine Pumpbewegung des Kolbens, zum
Erlöschen. Der Überdruck im Schalter verschwindet, und der unter Umständen bewegte
Kolben kehrt unter dein Druck im Druckmittelförderraum beschleunigt in seine Anfangslage
zurück. Darauf erfolgt durch ein Zeitrelais wiederum die Umschaltung des Druckluftventils
auf Außenluft. Beide Vorteile, zuverlässige Löschung bei sehr kleinen Stromstärken
sowie beschleunigte Rückführung des Kolbens, werden hierbei mit einfachsten Mitteln
erreicht.
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Bei dieser zusätzlichen Bespülung des Lichtbogens wird die Zusatzflüssigkeit
in die Pumpeinrichtung gepreßt und muß nach Beendigung des Schaltvorganges in der
Hauptsache in umgekehrter Richtung wieder in den Vorratsbehälter zurücktreten. Es
ist aber auch möglich, die zusätzliche Lichtbogenbespülung durch eine in Kreisrichtung
verlaufende Flüssigkeitsströmung durchzuführen. In diesem Fall wird mit Hilfe einer
Pumpeinrichtung Flüssigkeit dem druckfreien Schalterraum entnommen und durch die
Differentialpumpeinrichtung unter Zwischenschaltung eines Druckspeicherraumes über
den Lichtlxigen hinweg wiederum dem druckfreien Schalterraum zugeführt. Hierbei
wird auch noch die sonst erforderliche Zeitdauer für die Rückströmung der Zusatzflüssigkeit
erspart.
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In der Zeichnung ist ein L<ischkainmerschalter mit den Erfindungsmerkmalen
dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt einen Schalteraufbau, bei dem die
zusätzliche Druckflüssigkeit nur über den Kolbenförderrauin zuni Kolbenantriebsraum
gelangt. In einem Schaltergehäuse i ist eine Löschkammer 2 angeordnet, die durch
den Pumpkolben 3 in den Kolbenantriebsrauni 4 und den Druckmittelförderraum 5 unterteilt
ist. In dein Kolbenantriebsraum4 ist die. Kontaktstelle in einer besonderen
Kontaktkammer
6 eingebaut, während im Druckinittelförderrauin s eine Kolbenrückstellfeder 7 vorgesehen
ist. Die Löschkammer ist von dem druckfreien Schalterraum 8 umgeben. Beim Ausschalten
gleitet der Kontaktstift g durch einen Abdichtungskanal io der oberen Löschkammerwand
und zieht den Lichtbogen durch diesen Abdichtungskanal. Der Druckmittelförderraum
5 der Pumpeinrichtung steht durch einen Kanal i i und durch die Ringdüse 12 iin
oberen Löschkammerdeckel mit dem Kolbenantriebsraum .4 in Verbindung, sobald der
Kontaktstift die :Xustrittsöffnung der Ringdüse 12 freigelegt hat. Unterhalb des
eigentlichen Schaltergeh'itises i ist noch ein Flüssigkeitsvorratsraum 13 vorhanden,
der über mehrere Rohrstutzen 14 mit dem Druckmittelförderraum 5 in Verbindung steht.
.An der höchsten Stelle des Flüssigkeitsvorratsraumes 13 zweigt in diesem Ausführungsbeispiel
ein Steigerohr 15 ab, das mit einer Luftdruckleituiig 16 verbunden ist. Die Druckluft
hat nur dann freien Zutritt zum Rohr 15, wenn ein Schwimmerventil 17 die Bohrung
18 in den Verbindungsflanschen der beiden Rohre freigelegt hat. Außerdem steht der
Raum, in dem sich das Schwiminerventil 17 befindet, durch einen Kanal 2o, der ein
.Kugelventil einschließt, mit dem druckfreien Schalterraum 8 in Verbindung. 21 ist
ein Kanal, der vom einem Siclierlieitsauslaßventil verschlossen gehalten wird.
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Die Arbeitsweise des Löschkammerschalters ist die folgende: Wird der
Schalter infolge eines Kurzschlusses im Netz ausgelöst, so entfernt sich der Kontaktstift
g von seinem ortsfesten Gegenkontakt, und es bildet sich ein im Kolbenantriebsraum
4 brennender Lichtbogen. Durch die in der Umgebung des Lichtbogens einsetzende Verdampfung
von Flüssigkeit entsteht in der Kammer 4 ein Druckanstieg, der auf den Differentialkolben
3 lastet. Durch diesen .@iitriel>sdruck auf den Kolben wird im 1)rtickinittelförderrauin
5 der Pumpeinrichtung ein entsprechend höherer Druck hervorgerufen, der sich auf
den Ratim 13 und auf das Rohr 15 überträgt und <las Schwimlnerventi117 in Abschlußstelltiiig
hält. Gleichzeitig finit der Kontakttrennung wurde auch ein Drucklufteinlaßventil
in der Rohrleitung 16 geöffnet. Da das Schwimmerventil 17 die Überstr(iinöffnung
18 verschlossen hält, so kann vorläufig noch keine Druckluft zum Rohr 15 übertreten.
Hat der Kontaktstift g auf seinem Ausschaltweg die Riilgdüse 12 freigelegt, so setzt
sich der Differentialkolben 3 unter dem Lichtbogengasdruck in Bewegung und preßt
Löschflüssigkeit aus dem Druckmittelförderraum 5 durch den Kanal i i und durch die
Ringdüse 12 über den Lichtbogen hinweg zum Kolbenantriebsraum 4. Diese Löschströmung
genügt in den meisten Fällen, um Löschung herbeizuführen. Brennt der Lichtbogen
aber weiter und verläßt der Kontaktstift den Abdichtungskanal io im l.öschkaminerdeckel,
so erfolgt die Bespülung des Lichtbogens durch zwei in entgegengesetzter Richtung
verlaufende Flüssigkeitsströme, die schnellstens endgültige Löschung herbeiführen.
Ist Löschung erfolgt, so verschwindet der Druck im Kolbenantriebsraum .4 und damit
auch im Druckniittelförderraum 5 und in dem Steigerohr 15. Das durch die Druckluft
belastete Schwimmerventil 17 gibt den Cberströmquerschnitt 18 frei, so daß die zuströmende
Druckluft Flüssigkeit aus dem Vorratsraum 13 durch die Rohrstutzen 14 in den Druckmittelförderraum
5 drückt. Diese zugepreßte Flüssigkeit unterstützt die Kraft der Rückstellfeder
7 und führt den Kolben 3 beschleunigt in seine Anfangslage zurück. Der Schalter
ist in sehr kurzer Zeit für eine neue Einschaltung bereit. Ein Zeitrelais, das ebenfalls
bei Kontakttrennung betätigt wurde, schaltet nach Ablauf einer Zeitdauer, in der
bestimmt die obigen Schaltvorgänge sich abgespielt haben, das Druckluftventil in
der Leitung 16 auf Außenluft um, so daß ein Flüssigkeitsausgleich sowohl über den
Vorratsraum 13 wie auch über das Rückschlagventil in dem Verbindungskanal 20 erfolgen
kann.
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Werden aber sehr kleine Stromstärken abgeschaltet, so reicht die durch
die Lichtbogenwärme hervorgerufene Flüssigkeitsverdampfung nicht aus, einen genügend
hohen Anfangsdruck zum Antrieb des Pumpkolbens hervorzurufen. Der Pumpkolben bleibt
während des Ausschaltens in seiner Ruhelage, und es würde der Lichtbogen mit all
den bekannten unangenehmen Begleiterscheinungen sehr lange brennen, wenn nicht eine
zuverlässige zusätzliche Hilfslöschung zur Verfügung steht. Hat der Kontaktstift
g auf seinem Ausschaltwege die Ringdüse 12 freigelegt, so wird die auf der Flüssigkeit
im Steigerohr 15 lastende Druckluft Flüssigkeit durch die Rohrstutzen 14 und durch
den Druckmittelförderraum 5 über die Ringdüse und den Lichtbogen hinweg in den Kolbenantriebsraum
4 pressen. Diese Flüssigkeitsströmung bringt den schwachen Lichtbogen schnell zum
Erlöschen. Darauf erfolgt wiederum durch das Zeitrelais die Umschaltung des Druckluftventils
in der Leitung 16 auf Außenluft, so daß sich die Flüssigkeitsspiegel im Schalter
und im Steigerohr 15 ausgleichen können.
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Der beschriebene Schalteraufbau ermöglicht eine sehr einfache Lösung
des Löschproblems bei sehr kleinen Stromstärken und erzwingt zugleich eine beschleunigte
Rückführung des Pumpkolbens nach erfolgter Löschung des Lichtbogens.