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Flüssigkeitsschalter mit Differentiallöschkammer Die Erfindung bezieht
sich auf Flüssigkeitsschalter, bei denen in eine Löschkammer ein Differentialkolben
eingebaut ist, der auf Grund des von den Lichtbogengasen in der Kammer beim Unterbrechungsvorgang
erzeugten Druckes bewegt wird und eine Bespülung des gezogenen Lichtbogens bewirkt.
Um bei stromschwachen Lichtbögen, insbesondere bei Leerlaufströmen von Transformatoren
und Ladeströmen von Leitungen, bei denen in der Löschkammer nur ein geringer, zur
Bespülung des Lichtbogens nicht ausreichender Gasdruck entsteht, trotzdem beim Abschalten
eine Bespülung des Lichtbogens zu erreichen, wurde bereits vorgeschlagen, den Differentialkolben
durch eine durch den Schaltstift beim Einschaltvorgang gespannte Feder zusätzlich
mechanisch zu bewegen. Hiermit vermag man aber nur eine geringe Federarbeit für
die Zusatzbespülung aufzubringen. Bei Verwendung einer von außen in die Kammer :geleiteten
Druckflüssigkeit oder Druckgas bedarf es einer besonderen Pumpe mit zusätzlichem
Rückschlag- und Wiederfüllventil. Diese Vorrichtung besitzt aber den Nachteil, daß
sie den Kammeraufbau wesentlich verändert.
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Die Erfindung zeigt nun eine zusätzliche Löscheinrichtung für stromschwache
Lichtbögen, bei der gleichfalls der Differentialkolben nicht nur von dem durch die
Lichtbogengase erzeugten Differentialdruck, sondern auch unabhängig hiervon unmittelbar
mechanisch bewegt wird, und besteht darin, daß die mechanische Bewegung des Differentialkolbens
oder eines Kolbenteiles unabhängig von der Schaltstiftbewegung durch ein besonderes
am Differentialkolben oder Kolbenteil angreifendes Antriebsgestänge erfolgt.
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Durch die kraftschlüssige Verbindung des Differentialkolbens mit einem
besonderen Antriebsgestänge wird eine zwangsläufige Bewegung des Differentialkolbens
erzielt, so daß auch bei kleinen Abschaltströmen mit Sicherheit eine Bespülung des
gezogenen
Lichtbogens herbeigeführt wird. Diese Anordnung läßt sich leicht in bereits vorhandene
Schalter einbauen, da kein zusätzlicher Raum hierfür beansprucht wird.
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Die Pumpbewegung des Differentialkolbens und die dadurch bewirkte
Löschströmung können erst eintreten, wenn der Schaltstift die Auslaßöffnungen der
Löschkanäle freigelegt hat. Es ist aber nicht vorteilhaft, mit der mechanisch erzeugten
Kolbenbewegung bis zu diesem Zeitpunkt zu warten, da dann die Ölströmung im Löschkanal
erst langsam einsetzen würde, wo sie schon in voller Stärke benötigt wird. Auch
würde die Übertragung der Antriebskraft zu schroff erfolgen. Um dieses zu vermeiden,
steht das besondere Antriebsgestänge über ein elastisches Glied, z. B. Druckspeicherfeder,
mit dem Differentialkolben in Verbindung und kann im Innern des Differentialkolbens
untergebracht sein.
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Ein Teil des Kolbens grenzt unmittelbar an den druckfreien Schalterraum.
Es wird daher zweckmäßig die Anordnung so getroffen, daß das besondere Antriebsgestänge
an diesem Teil des Differentialkolbens angreift. Auf diese Weise durchdringt nicht
das Antriebsgestänge die Löschkammerwandung, und es wird eine hierfür notwendige
Abdichtung überflüssig.
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Für die mechanische Bewegung des Differentialkolbens und die des Schaltstiftes
kann das gleiche Antriebsmittel verwendet werden. Es muß aber das Einsetzen der
mechanischen Bewegung des Differentialkolbens oder Kolbenteiles für jeden Zeitpunkt
des Ausschaltvorganges einstellbar sein. Dieses kann beispielsweise so durchgeführt
werden, daß die Kraftübertragung vom Antrieb auf den Differentialkolben über eine
Kurven- oder Nockenscheibe erfolgt. Man ist so in der Lage, die Wegzeitkurve des
Kolbens, die von der Wegzeitkurve des Schaltstiftes abweicht, mit Hilfe der Kurven-oder
Nockenscheibe in einfachster Weise festzulegen. Auch ist es zweckmäßig, daß die
Kraftübertragung vom Antrieb auf den Differentialkolben oder Kolbenteil nur beim
Ausschaltvorgang, nicht aber beim Einschaltvorgang wirksam ist, was durch Verwendung
einer Abrutschklinke od. dgl. erreicht werden kann.
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Die Bilder dienen zur Erläuterung der Erfindung und zeigen verschiedene
Ausführungsmöglichkeiten, wobei in den Bildern i bis 4 das die Löschkammer umgebende
Schaltergehäuse und auch das Antriebsgestänge weggelassen sind. Bild 5 zeigt den
Gesamtaufbau des Schalters. In Bild i befindet sich in der Löschkammer i ein Differentialkolben
2, dei' die Löschkammer in den Kolbenantriebsraum 3 und j den Pumpraum 4 unterteilt.
5 ist die übliche Rückstellfeder für den Differentialkolben. In dem Kolbenantriebsraum
3 befindet sich der aus dem ruhenden Schaltstück 6 und dem Schaltstück 7 bestehende
Unterbrechungskontakt. Weiterhin befindet sich in dem Raum 3 ein Überdruckventil
8 als Sicherheitsorgan für die Löschkammer und ein Unterdruckventil 9 zur Vermeidung
eines Unterdruckes im Raum 3. In das Innere des Differentialkolbens 2 reicht eine
Stange io, die die Verbindung des Kolbens 2 mit dem Antriebsgestänge herstellt:
Die Verbindungsstange trägt eine Platte i i, und z"vischen dieser Platte und dem
Pumpkolben z befindet sich eine Druckspeicherfeder 12, die während der Ausschaltbewegung
des Gestänges aufgeladen wird.
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Ist ein stromstarker Lichtbogen zu löschen, so wird der Differentialkolben
2 durch die von dem Lichtbogen im Kolbenantriebsraum 3 hervorgerufene Drucksteigerung
angetrieben. Der Kolben drückt die Löschflüssigkeit aus dein Raum 4 durch den Kanal
13 und über den Lichtbogen im Kammerhals hinweg in den sich vergrößernden Antriebsraum
3, sobald der Schaltstift 7 den Kammerhals freigelegt hat. Wird aber ein kleiner
Strom abgeschaltet, ist die frei werdende Lichtbogenenergie so gering, - daß sie
den Kolben 2 nicht in Bewegung zu setzen vermag. In diesem Fall wird die Löschströmung
durch das besondere Antriebsgestänge erzeugt. Durch die Bewegung dieses Gestänges
wird die Druckspeicherfeder 12 aufgeladen. Hat der Kontaktstift 7 die Ringöffnung
des Löschkanals 13 freigelegt, kann der 'Differentialkolben 2 seine Ruhelage verlassen.
Er pumpt unter der Einwirkung der Druckspeicherfeder 12 Löschflüssigkeit aus dem
Raum 4 durch den Kanal 13 in den Pumpenraum 3. Hierbei wird der schwache Lichtbogen
durch die gegen ihn gerichtete starke Ölströmung am Ringspalt des Kanals 13 zuverlässig
gelöscht. Die von dem Pumpkolben 2 beförderte Ölmenge ist kleiner als das vom Pumpkolben
in dem Kolbenantriebsraum 3 freigelegte Volumen. Es könnte daher in dem Kolbenantriebsraum
ein gewisser Unterdruck auftreten, was durch das Unterdruckventil 9 vermieden ist.
Durch dieses Ventil kann während des Pumpvorganges von außen Löschflüssigkeit in
den Druckraum 3 eintreten.
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Um den Unterdruck im Raum 3 zu vermeiden, kann, wie Bild 2 zeigt,
der Differentialkolben in einen mittleren Kolben 14 und einen äußeren Ringkolben
15 unterteilt werden. Der Teil 15 wird beim Abschalten kleiner Ströme nach Aufladen
der Druckspeicherfeder 12 und Freigabe der Ringöffnung des Kanals 13 bewegt und
fördert die Löschflüssigkeit über den Lichtbogen hinweg zum Raum 3, während der
Kolbenteil 14 in seiner Anfangslage verbleibt. Die durch die Bewegung des Kolbenteiles
15 verursachte Volumenvergrößerung im Raum 3 wird durch die von ihm geförderte Löschmittelmenge
praktisch wieder aufgefüllt, so daß ein beinerkens-,verter Unterdruck im Raum 3
nicht entsteht. Bei Verwendung eines derartig geteilten Differentialkolbens kann
das Unterdruckeinlaßventil fortfallen. Beim Abschalten großer Ströme wird aber dieser
unterteilte Kolben durch den hohen Druck in der Kammer angetrieben, so daß der Kolbenteil
14 gegen den Kolbenteil 15 gedrückt wird. Beide Teile. bewegen sich gleichzeitig
und laufen der durch die Stange io bewegten Speicherfeder 12 voraus.
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Während Bild i und 2 Anordnungen zeigen, bei denen der vom Schaltstift
7 gezogene Lichtbogen durch eine Ringdüse bespült wird, zeigen die
Bilder
3 und 4 Anordnungen, bei denen sich Schaltstift und Differentialkolben in gleicher
Richtung bewegen, eine Bespülung des Lichtbogens aber erst dann eintreten kann,
wenn die Spitze des Schaltstiftes 7 die Üffnung 16 am Differentialkolben freigelegt
hat. Bei stromschwachen Lichtbogen wird die t'latte i i vonl .\ntrielisgestünge
unter Zwischenfügung einer nicht gezeichneten Druckspeicherfeder einen Druck auf
den Differentialkolben 2 ausüben, der bei Freigabe seiner Üffnung 16 durch den Schaltstift
7 die Flüssigkeit vom Druckraum 3 nach dem Rauin 4 verdrängt und dabei den Lichtbogen
bespült. Das Überdruckventil iin Raum 3 oder 4 und das Unterdruckventil im Raum
4 sind der Cbersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Bild 4 zeigt die gleiche
Anordnung wie Bild 3, nur ist hier der Differentialkolben in zwei Teile 14 und 1'5
zerlegt, so daß ein Unterdruck im Raum 4 'licht eintreten kann. Die `\'irkungsweise
ist die gleiche wie in Bilde.
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Die gesamte Anordnung zeigt Bild 5. Die Löschkammerausbildung ist
die gleiche wie in Bild 3. Die Löschkammer ist vom Gehäuse 17 umgeben, das in den
ib eingebaut ist. Der Schaltstift 7 steht über das Gestänge ig und über das Getriebe
2o finit der Drehsäule 21 in Verbindung, die vom Antrieb bewegt wird. An der gleichen
Säule greift über das Stirnrad 22 das Gestänge 23 an, (las eine \(@cl;enscheilie
24 steuert. Letztere ist im Eingriff finit der Klinke 25, die mit der Stange 26
in X'erl)iii(Iung steht. Bild 6 zeigt eine Seitenansicht der Nockenscheibe 24 und
Klinke 25. Die Stange 26 wirkt über eine Druckspeicherfeder 27 auf die Stange
to nlit der Platte i i ein. Die Rückholfeder 28 bringt nach dein Ausschalten
die Teile 10 und 26 wieder in die ursprüngliche Lage zurück.
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Das Bild zeigt den Schalter im eingeschalteten Zustand. Bei Überlastung
spricht das Oberstromrelais an und gibt den Antrieb für Ausschalten frei. Hierbei
dreht sich die Drehsäule 21 und es wird sowohl der Schaltdtlft 7 in die Aus-Stellung
bewegt als auch die Nockenscheibe 24 im Uhrzeigersinn gedreht, die die 1)rucl;sl>ciclierfeder
27 auflädt. Ist der durch den Schaltstift 7 in der Löschkammer gezogene Lichtbogen
so schwach, daß der Druck im Kaiiinierrauin .4 nicht ausreicht, den Differentialkolben
2 zu bewegen, so wird trotzdem nach Freigabe der Kolbenöffnung i6 durch den Schaltstift
7 die in der Zwischenzeit aufgeladene Druckspeicherfeder 27 über die Stange io und
Platte i i den Kolbeil 2 aufwärts be-,vegen und eine ausreichende Bespiilung des
Lichtbogens an der Kolbenöffnung 16 hervorrufen und ihn zum Erlöschen bringen. In
der Endstellung der Stange 26 rutscht die Klinke 25 von dem NOCl;ei1 24 ab und die
Teile 26, 27 und io werden voll (lci- Rückholfeder 28 in ihre ursprüngliche Lage
zurückgeholt. Beim Einschaltvorgang wird die \ ocheilsclleibe 24, die sich nun in
entgegengesetzter Richtung dreht, die Klinke 25 zur Seite drucken, so daß die Stange
26 und damit die Druckspeicherfeder 7 in Ruhe bleibt. Es ist ohne weiteres ersichtlich,
daß das Einsetzen der mechanischen Bewegung des Differentialkolbens L durch Änderung
der Stellung der Kurvenscheibe 24 für jeden beliebigen Zeitpunkt des Ausschaltvorganges
eingestellt werden kann. Die Wegzeitkurve des von der Kurvenscheibe 24 bewegten
Differentialkolbens läßt sich also für einen ganz bestimmten Bereich des Hubs des
Schaltstiftes 7 einstellen. Beim Abschalten größerer Stromstärken wird auch die
Druckspeicherfeder 27 aufgeladen, jedoch genügt der vom Lichtbogen im Kammerraum
4 erzeugte Druck, den Differentialkolben 2 in Bewegung zu setzen. Die Druckspeicherfeder
27 wird hierbei die Bewegung des Kolbens 2 unterstützen oder ungespannt der Kolbenbewegung
nachfolgen.