DE975766C

DE975766C - Loeschteile of electrical switches with arc extinguishing by gases and fumes

Info

Publication number: DE975766C
Application number: DEE7152A
Authority: DE
Inventors: Bertil Sixten Groth
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1953-05-01
Filing date: 1953-05-01
Publication date: 1962-08-23

Description

Löschteile von elektrischen Schaltern mit Lichtbogenlöschung durch Gase und Dämpfe Die Erfindung bezieht sich auf Löschteile für elektrische Schalter, bei welchen die zur Löschung des Schaltlichtbogens dienenden Gase oder Dämpfe durch Wärmewirkung des Lichtbogens auf das Material, aus welchem die Löschteile bestehen, entwickelt werden.Extinguishing parts of electrical switches with arc extinguishing Gases and vapors The invention relates to extinguishing parts for electrical switches, in which the gases or vapors used to extinguish the switching arc Thermal effect of the arc on the material from which the extinguishing parts are made, to be developed.

An das Material, woraus solche Löschteile hergestellt werden, werden verschiedene Forderungen gestellt, deren gleichzeitige Erfüllung mit großen Schwierigkeiten verbunden ist. Unter Einwirkung der Wärme von dem Lichtbogen soll das Material ein nicht brennbares Löschgas in einer solchen Menge abgeben, daß eine gute Löschung bei kleinstmöglichem Materialverlust erhalten wird. Die Gasentwicklung muß jedoch innerhalb gewisser Grenzen gehalten werden, denn bei zu großer Gasentwicklung erhält man zu hohe Gasdrücke in der Schaltkammer des Schalters, wodurch unzulässig große mechanische Beanspruchungen und außerdem hoher Materialverlust entstehen, wodurch die Löschkammerteile schneller verbraucht und ersetzt werden müssen. Unter der Einwirkung des Lichtbogens soll das Material außerdem möglichst vollständig in gasförmige Zersetzungsprodukte übergehen. Das Entstehen von kohlen- und teerartigen Stoffen muß dabei möglichst vermieden werden, denn bei der Entstehung solcher Stoffe erhält man ein in hohem Grad herabgesetztes Löschvermögen dadurch, daß das Material mit einer wärmeisolierenden Oberflächenschicht belegt wird, die die Gasentwicklung herabsetzt oder ganz verhindert. Das Material muß ferner zäh und mechanisch haltbar sein und muß in einfacher Weise und mit geringen Kosten in Halbfertigungsstücke geformt werden können, wie beispielsweise zu Stäben und Röhren durch Profilspritzen und zu Scheiben durch Pressen. Aus den in dieser Weise hergestellten Halbfertigungsstücken sollen Löschkammerteile mit guter Präzision durch Drehen, Fräsen, Schleifen usw. hergestellt werden können.The material from which such extinguishing parts are made different demands made, the simultaneous fulfillment of them with great difficulty connected is. Under the action of the heat from the arc, the material is said to be a Release non-flammable extinguishing gas in sufficient quantity to extinguish a good fire is obtained with the smallest possible loss of material. However, the evolution of gas must be kept within certain limits, because if too much gas is generated the gas pressures in the switching chamber of the switch are too high, resulting in inadmissibly high gas pressures mechanical stresses and also high material loss arise, which the extinguishing chamber parts need to be used up and replaced more quickly. Under the influence of the electric arc, the material should also be converted as completely as possible into gaseous decomposition products pass over. The formation of coal and tar-like substances must be possible should be avoided, because with the formation of such substances one receives a high Degree of reduced extinguishing capacity in that the material with a heat-insulating Surface layer is covered, which reduces the gas development or completely prevents it. The material must also be tough and mechanically durable be and must be can be formed into semi-finished products easily and at low cost can, for example, to rods and tubes by profile injection molding and to discs by pressing. From the semi-finished pieces produced in this way Extinguishing chamber parts manufactured with good precision by turning, milling, grinding, etc. can be.

Es ist bekannt, die Löschteile sowohl aus niederals hochmolekularen Stoffen herzustellen, aber um in möglichst hohem Grad den vorher erwähnten Anforderungen an das Material zu genügen, hat man sich vorzugsweise auf die Kombination nieder-und hochmolekularer Stoffe eingestellt, wobei die niedermolekularen in erster Hand für die Gaserzeugung sorgen. Die hochmolekularen Stoffe dagegen dienen in erster Hand als Bindemittel für die niedermolekularen, müssen aber selbstverständlich unter der Einwirkung des Lichtbogens allmählich zersetzt werden, weil die Oberflächenschicht der Löschteile sonst ziemlich schnell an gasabgebenden Bestandteilen verarmt werden würde. Die hochmolekularen Stoffe werden außerdem in hohem Grad für die Festigkeit und die mechanische Formbarkeit des Materials bestimmend sein. Durch Veränderung des Verhältnisses zwischen den nieder- und hochmolekularen Stoffen hat man auch die Möglichkeit, die Gasabgabe des Materials und den Materialverlust zu regeln. Die Eigenschaften des hochmolekularen Stoffes, d. h. des Bindemittels, sind demnach von mindestens ebenso großer Bedeutung wie die des niedermolekularen gasabgebenden Stoffes, vom praktisch-technischen Gesichtspunkt aus gesehen.It is known that the extinguishing parts consist of both low and high molecular weight Manufacture fabrics, but in order to meet the aforementioned requirements to the greatest possible extent to satisfy the material, one has to settle down preferably on the combination and High molecular weight substances are set, with the low molecular weight in first hand for take care of gas generation. The high molecular weight substances, on the other hand, are used first hand as a binder for the low molecular weight, but must of course under the action of the arc gradually decomposed because the surface layer the extinguishing parts are otherwise very quickly depleted in gas-emitting constituents would. The high molecular weight substances are also used to a high degree for strength and the mechanical formability of the material can be decisive. Through change one also has the relationship between the low and high molecular weight substances the possibility of regulating the gas release of the material and the loss of material. The properties of the high molecular weight substance, i.e. H. of the binder, are accordingly of at least as great importance as that of the low molecular weight gas-emitting Material, seen from the practical-technical point of view.

Als niedermolekulare gasabgebende Stoffe sind vorzugsweise stickstoffhaltige Verbindungen, wie Harnstoff, Guanidin, Oxamid, Melamin usw., und die Derivate dieser Verbindungen verwendet worden. Als hochmolekulare Bindemittel hat man vorzugsweise Kunstharze (Plaste), wie Karbamid-(Harnstoff-) Plaste, Glytaplaste, Polymerisat oder Mischpolymerisat aus Akrylsäure und deren Homologen und Derivaten, wie Akrylnitril, Polymerisat der Isocvanersäure oder deren Ester und Alkylenimine usw., benutzt. Somit sind sowohl härtbare Kunstharze (Duroplaste) als auch Thermoplaste verwendet worden. Vom praktisch-technischen Gesichtspunkte aus sind die Thermoplaste am wertvollsten, weil sie ein einfacheres Formungsverfahren ergeben. Die physikalischen Eigenschaften dieser Plaste, wie Weichheit, Festigkeit, Bearbeitbarkeit variieren und können mit Absicht modifiziert werden- durch Mischpolymerisation oder W eichmachung. Auch aus diesem Gesichtspunkte bieten sie große Vorteile als Bindemittel für die gasabgebenden Bestandteile. In einigen Patentschriften, die die Verwendung der Akry latharze für die fraglichen Zwecke (beispielsweise die schwedische Patentschrift 94 844) behandeln, wird eben ihre Modifizierbarkeit durch gegenseitige Mischung oder besser Mischpolymerisation hervorgehoben. Durch andere Veröffentlichungen ist es weiter bekannt, daß die Eigenschaften mit Hilfe von Weichmachungsmitteln variiert werden können, wie es in der Technik bei der Herstellung von Thermoplastwaren, die auf beispielsweise Polyvinylchlorid, Zelluloseazetat usw. basieren, allgemein erfolgt.The low molecular weight gas-emitting substances are preferably nitrogenous Compounds such as urea, guanidine, oxamide, melamine, etc., and the derivatives of these Connections have been used. The preferred high molecular weight binder is Synthetic resins (plastics), such as carbamide (urea) plastics, glytaplasts, polymers or mixed polymer of acrylic acid and its homologues and derivatives, such as acrylonitrile, Polymer of isocvaner acid or its esters and alkylene imines, etc., used. Both curable synthetic resins (thermosets) and thermoplastics are therefore used been. From a practical-technical point of view, thermoplastics are the most valuable because they result in a simpler molding process. The physical properties These plastics, such as softness, strength, and machinability vary and can with Intent to be modified - through interpolymerization or plasticization. Also from From this point of view, they offer great advantages as binders for the gas-emitting Components. In some patents that the use of acrylic resins for deal with the purposes in question (e.g. Swedish patent specification 94 844), It is precisely their modifiability through mutual mixing or, better, interpolymerization highlighted. From other publications it is further known that the properties can be varied with the help of plasticizers, as is done in the art in the manufacture of thermoplastic goods based on, for example, polyvinyl chloride, Cellulose acetate, etc., is commonly done.

Die Eigenschaften eines Thermoplasts mit Hilfe eines Weichmachungsmittels zu modifizieren, bietet im vorliegenden Falle, wo es sich um verhältnismäßig kleine Materialmengen handelt, große Vorteile im Vergleich zur Modifizierung mittels Mischpolymerisation. Mischpolymerisation kann in der Regel mit Vorteil nur beim Hersteller des Plastmaterials erfolgen, während die Weichmachung ein einfaches Mischverfahren ist, das in unmittelbarem Anschluß an die Formung des Plastmaterials erfolgen kann.The properties of a thermoplastic with the help of a plasticizer to modify, offers in the present case, where it is relatively small Material quantities, great advantages compared to modification by means of interpolymerization. As a rule, mixed polymerisation can only be carried out with advantage at the manufacturer of the plastic material while plasticization is a simple blending process that is immediate Connection to the molding of the plastic material can be carried out.

Doch scheint es, als ob man durch die Wahl unzweckmäßiger Weichmachungsmittel ungünstige Ergebnisse erhalten hat. Jede Art von Weichmachungsmitteln kann nämlich, wie die der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen gezeigt haben, nicht mit Vorteil verwendet werden, unter anderem deswegen, weil gewisse Arten von ihnen eine störende Kohlenstoffabscheidung geben, die das Löschvermögen verringert. Die obenerwähnten Versuche haben nun gezeigt, daß diese Erscheinung seinen Grund im inneren Aufbau des Weichmachungsmittels hat.However, it seems that choosing inappropriate plasticizers is one of the reasons for this has received unfavorable results. Any type of plasticizing agent can namely as the studies on which the invention is based have shown, not with Advantage are used, among other things, because certain types of them have a give disturbing carbon deposition, which reduces the extinguishing capacity. The above mentioned Experiments have now shown that this phenomenon is due to its internal structure of the plasticizer.

Diese Erfahrungen und Erwägungen liegen der Erfindung hauptsächlich zugrunde. Diese bezieht sich auf Löschteile für elektrische Schalter, deren gasabgebende Oberflächen aus einem typisch gasabgebenden, zweckmäßig niedermolekularen Stoff in Kombination mit einem Thermoplast bestehen, der mittels eines Weichmachungsmittels weichgemacht worden ist, und besteht darin, daß das Weichinachungsmittel keinearomatischenRadikale enthält.These experiences and considerations mainly lie with the invention underlying. This relates to extinguishing parts for electrical switches, their gas-emitting Surfaces made from a typically gas-emitting, expediently low-molecular substance in combination with a thermoplastic, which by means of a plasticizer has been plasticized, and is that the plasticizer does not contain aromatic radicals contains.

Die Natur des Weichmachungsmittels muß, abgesehen von dem Nichtvorhandensein aromatischer Radikale, selbstverständlich gewissen anderen Anforderungen bezüglich Flüchtigkeit, Mischbarkeit mit dem Plastmaterial usw. genügen. Für verschiedene Plastmaterialien muß man daher selbstverständlich verschiedene Weichmachungsmittel benutzen. Die physikalischen Eigenschaften der in dieser Weise hergestellten Materialkomposition können innerhalb weiter Grenzen leicht verändert werden. Dies gilt sowohl für die Festigkeitseigenschaften und die Formbarkeit als auch für die Gasabgabefähigkeit. Die mechanische Festigkeit und Formbarkeit des Materials steigt mit dem Gehalt an Thermoplast, während die Gasabgabe abnimmt. Die Härte und die Zähigkeit werden in hohem Grade durch das Verhältnis zwischen Thermoplast und Weichmachungsmittel wie auch durch die Formbarkeit und die Bearbeitbarkeit bestimmt, aber diese Eigenschaften werden selbstverständlich auch durch die Menge und die Natur des pulverförmigen gasabgebenden Stoffes beeinflußt. Es ist also offenbar, daß man mit Hilfe eines typisch gasabgebenden, zweckmäßigerweise niedermolekularen Stoffes, eines Thermoplasts und eines Weichmachungsmittels für das Thermoplast die Möglichkeit hat, innerhalb weiter Grenzen die Zusammensetzung des Materials leicht zu verändern, woraus die Löschkammerteile hergestellt werden sollen, und die Eigenschaften des Materials den Anforderungen anzupassen, die an die physikalischen und chemischen (gasabgebenden) Eigenschaften gestellt werden.The nature of the plasticizer must be apart from its non-existence aromatic radicals, of course, with regard to certain other requirements Volatility, miscibility with the plastic material, etc. are sufficient. For different Plastic materials must therefore of course have various plasticizers use. The physical properties of the material composition produced in this way can easily be changed within wide limits. This applies to both the Strength properties and formability as well as the gas release ability. The mechanical strength and malleability of the material increase with the content Thermoplastic while the gas release decreases. The hardness and toughness are in to a large extent by the relationship between thermoplastic and plasticizer such as also determined by the malleability and machinability, but these properties are of course also determined by the amount and nature of the powdery gas-emitting substance affected. So it is obvious that with the help of a typically gas-emitting, expediently low molecular weight substance, a thermoplastic and a plasticizer for the thermoplastic has the possibility within further limits the composition of the material easy to change, what the extinguishing chamber parts are to be made of, and the properties of the Materials to adapt to the requirements that are placed on the physical and chemical (gas-releasing) properties are provided.

Unter den bekannten Thermoplasten, die nach Weichmachung sich gut dazu eignen, als Bindemittel in Materialien für Löschkammerteile verwendet zu werden, seien zuerst Polyvinylchlorid, Polymethylmetakrylat, Zelluloseazetat, -propionat und -butyrat oder Mischester derselben und Äthylzellulose erwähnt, obwohl auch viele andere in Frage kommen können, wie Polyvinylazetale, Polyamide, Polyuretane usw.Among the known thermoplastics that are good after plasticization suitable to be used as a binding agent in materials for extinguishing chamber parts, let us first be polyvinyl chloride, polymethyl methacrylate, cellulose acetate and cellulose propionate and butyrate or mixed esters thereof and ethyl cellulose are mentioned, although many are also mentioned others may come into question, such as polyvinyl acetals, polyamides, polyuretanes, etc.

Als Weichmachungsmittel, die keine aromatischen Radikale enthalten, kann eine große Anzahl Verbindungen verwendet werden. Von den gebräuchlichsten zweckmäßigen derartigen Verbindungen seien zuerst Ester mehrwertiger Karbonsauren, wie Alkyl- und Alkyloxyäthylester aus Adipin- und Sebazinsäure, Alkylzitrate usw., und Mono- und Polyester aus mehrwertigen Alkoholen und Monokarbonsäuren, wie Glyzerinazetate, Zukkeralkoholazetate usw., erwähnt, obwohl auch eine Mehrzahl anderer Weichmachungsmittel in Frage kommen kann, wie Thioverbindungen, beispielsweise Thiodifettsäureester. Es sei hervorgehoben, daß die Neigung zur Teer- und Kohlenstoffabscheidung bei steigendem Sauerstoffgehalt abnimmt, weshalb man von diesem Gesichtspunkte aus zweckmäßigerweise sauerstoffreiche Weichmachungsmittel eher als sauerstoffarme wählt, in Fällen wo mehrere Weichmachungsmittel in Frage kommen können. Zu lange Kohlenstoffketten sollten wenn möglich vermieden werden, wie auch kondensierte hydroaromatische Ringsysteme wie bei Abietinsäureestern.As plasticizers that do not contain aromatic radicals, a large number of connections can be used. Of the most common expedient such compounds are first esters of polybasic carboxylic acids, such as alkyl and alkyloxyethyl esters of adipic and sebacic acid, alkyl citrates, etc., and mono- and polyesters from polyhydric alcohols and monocarboxylic acids, such as glycerine acetates, Sugar alcohol acetates, etc., although a variety of other plasticizers are also mentioned can be considered, such as thio compounds, for example thiodi fatty acid esters. It should be emphasized that the tendency to deposit tar and carbon increases with increasing Oxygen content decreases, which is why one expediently from this point of view chooses oxygen-rich emollients rather than low-oxygen in cases where several plasticizers can be considered. Too long carbon chains should if possible avoided, as well as condensed hydroaromatic ring systems as with abietic acid esters.

Als Beispiele von Materialien, welche für die Herstellung von Löschkammerteilen geprüft worden sind und welche sich von verschiedenen Gesichtspunkten aus als besonders zweckmäßig erwiesen haben, seien erwähnt: i. Polymethylmetakrylat, Dioktyladipat und Melamin wurden gemischt und homogenisiert, worauf die in dieser Weise erhaltene Masse zu Röhren profilgespritzt und zu Platten gepreßt wurde. Es zeigte sich, daß diese eine sehr gute mechanische Festigkeit besaßen und sich durch Drehen, Schleifen usw. gut bearbeiten ließen. Bei vorgenommenen elektrischen Prüfungen mit aus dem Material hergestellten Schaltern erhielt man eine vollkommen befriedigende Stromunterbrechung und Lebensdauer der gasabgebenden Teile. Die Kohlenstoffabscheidung war unbedeutend und nicht störend. Wenn man das Dioktyladipat durch Dibutylphthalat ersetzte, welches einen aromatischen Kern enthält, erhielt man eine störende Kohlenstoffabscheidung, die das Löschvermögen verringerte.As examples of materials used in the manufacture of extinguishing chamber parts have been examined and which, from various points of view, are considered special have proven to be useful, the following may be mentioned: i. Polymethyl methacrylate, dioctyl adipate and melamine were mixed and homogenized, whereupon that obtained in this way Mass was profile-injected into tubes and pressed into sheets. It turned out that these possessed very good mechanical strength and could be turned or grinded etc. can be processed well. If electrical tests are carried out with from the Switches made of the material gave a completely satisfactory current interruption and service life of the gas-emitting parts. The carbon deposition was insignificant and not annoying. If you replaced the dioctyl adipate with dibutyl phthalate, which contains an aromatic nucleus, a disruptive carbon deposit was obtained, which reduced the extinguishing power.

2. Polyvinylchloridpulver, Dioktyladipat und Melamin wurden gemischt und in einem Walzwerk homogenisiert, worauf die in dieser Weise erhaltene Masse zu Röhren profilgespritzt wurde. Nebst einer sehr guten mechanischen Festigkeit ließen sich diese durch Drehen, Schleifen usw. gut bearbeiten. Die Masse konnte auch ohne weiteres zu Scheiben gepreßt werden. Bei den in oben angegebener Weise -vorgenommenen elektrischen Prüfungen erhielt man ein sehr befriedigendes Schaltvermögen, und die gasabgebenden Teile hatten eine gute Lebensdauer. Die Kohlenstoffabscheidung war unbedeutend und nicht störend. Wenn das Dioktyladipat durch Dibutylphthalat ersetzt wurde, erhielt man Kohlenstoffabscheidung und verschlechterte Löscheigenschaften beim Material. Die Gasabgabe konnte durch Änderung des Verhältnisses zwischen Polyvinylchlorid und Melamin variiert werden.2. Polyvinyl chloride powder, dioctyl adipate and melamine were mixed and homogenized in a rolling mill, whereupon the mass obtained in this way profile injection molded into tubes. In addition to very good mechanical strength these could be easily processed by turning, grinding, etc. The crowd could can also be pressed into slices without further ado. In the manner indicated above -Performed electrical tests gave a very satisfactory switching capacity, and the gas emitting parts had a good life. The carbon deposition was insignificant and not disturbing. When the dioctyl adipate by dibutyl phthalate was replaced, carbon deposition and deteriorated erasing properties were obtained with the material. The gas release could be controlled by changing the ratio between polyvinyl chloride and melamine can be varied.

3. Zelluloseazetat, Glyzerinazetat und Melamin wurden gemischt und homogenisiert, worauf die Masse sich leicht zu Röhren profilspritzen und zu Scheiben pressen ließ. Die Masse ließ sich außerordentlich gut durch Drehen usw. bearbeiten und wies eine gute mechanische Festigkeit auf. Bei elektrischer Prüfung in oben angegebener Weise erhielt man eine sehr gute Löschwirkung, ohne daß eine sichtbare Kohlenstoffabscheidung entstand. Die Gasabgabe und der Materialverlust konnten durch Änderung des Verhältnisses zwischen Zelluloseazetat und Melamin verändert werden.3. Cellulose acetate, glycerin acetate and melamine were mixed and homogenized, whereupon the mass can easily be molded into tubes and into discs pressed. The mass could be worked extremely well by turning, etc. and had good mechanical strength. With electrical test in above as stated, a very good extinguishing effect was obtained without a visible one Carbon deposition resulted. The gas release and the loss of material could through Changing the ratio between cellulose acetate and melamine can be changed.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Extinguishing parts for electrical switches with arc extinguishing by gases and vapors emitted by the interrupting arc itself Surfaces of the extinguishing parts are generated, which surfaces from a typical gas-emitting, advantageously low molecular weight compound in combination with consist of a thermoplastic, which thermoplastic by means of a plasticizer has been plasticized, characterized in that the plasticizing agent is none contains aromatic radicals.

2. extinguishing parts according to claim i, characterized in that that polybasic carboxylic acids are used as plasticizers.

3. Extinguishing parts according to claim i, characterized in that as a plasticizer Mono- or polyesters of polyhydric alcohols and monocarboxylic acids can be used.

4 .. extinguishing parts according to claim i, characterized in that the gas-emitting surfaces contain plasticized polyvinylchloride.

5. extinguishing parts according to claim i, characterized characterized in that the gas-emitting surfaces are plasticized lower fatty acid Cellulose esters, for example cellulose acetate, cellulose acetate propionate or cellulose acetate butyrate, contain.

6. extinguishing parts according to one of claims i to 5, characterized in that that melamine, which is known as a gas-emitting substance, is also used.