EP0296363A2 - Schalter mit selbsterzeugter Löschgasströmung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a switch with a self-generated extinguishing gas flow with a switching chamber filled with insulating gas, at least two switching pieces, at least one of which is movable, a compression device which can be actuated by the switching movement and consists of a compression piston and a compression cylinder with a cylinder base, and an adjoining pressure chamber with an insulating material nozzle or several passages connect the compression chamber to the pressure chamber.
- High-voltage switches are usually designed as auto-blow switches filled with insulating gas.
- the contacts are separated and the arc is blown with the insulating gas, usually SF6, until it goes out.
- the compression required for this blowing is achieved either by means of a compression device or by means of the thermal energy of the arc itself.
- the interrupters are either surrounded by a fully insulated metal housing or by a porcelain insulator.
- an auto-blow switch which has a switching chamber filled with insulating gas, in which there are two contact pieces, one of which is stationary and the other is displaceable with the switching movement.
- the switching movement actuates a compression device which consists of a compression piston and a compression cylinder with a cylinder base. Passages in this cylinder base connect the compression chamber with a pressure chamber, which is surrounded by an insulating material nozzle.
- Arcs the current strength of which is in the lower and middle range, are extinguished by the compression device compressing the extinguishing gas and blowing it through the passages in the cylinder bottom into the pressure chamber, as a result of which a strong extinguishing gas flow occurs in the nozzle, which extinguishes the arc at zero current.
- this auto blow switch In the area of low-current arcs, such as occur under normal operating conditions, this auto blow switch has a very good function. These low-current arcs have such a low thermal energy that there is no appreciable gas expansion in the pressure chamber due to heating, and thus neither the blowing by the compression device is prevented nor the switching movement impaired and thus the switching speed is reduced. When switching off high-current arcs, such as occur in short-circuit cases, the function of this auto blow switch is not so optimal. The high thermal energy of the arc leads to a very strong gas expansion in the pressure chamber due to the heating. With these high-current arcs, this expanded gas, which is under very high pressure, contributes significantly to extinguishing the arcs.
- this gas which is under very high pressure, also penetrates through the passages of the cylinder base into the compression space of the compression cylinder and thereby slows the switching movement.
- the gas that has entered the compression space is lost to the quenching process because the arc must be quenched at zero current, but the compression cylinder only ejects the gas that has entered it when the high pressure in the pressure chamber is reduced again. However, this is only the case after the arc has been extinguished.
- a compression device equipped in this way is therefore twice disadvantageous in switching operations with high-current arcs, firstly in that the switching process is slowed down and secondly in that part of the expanding quenching gas is lost for blowing the arc.
- the invention has for its object to design the auto blow switch so that it ensures better blowing, greater breaking capacity and a higher switching speed in the event of arcs with high currents or manages with a lower drive energy.
- the passages have closures which are open in a low pressure range of the pressure chamber and are closed in a high pressure range of the pressure chamber, pressures of the low pressure range being caused by low-current arcs, the energy of which is too low to to generate the quenching gas flow required for its blowing itself, and pressures of the high pressure range are caused by powerful electric arcs, the energy of which is sufficient to generate the quenching gas flow required for its blowing, and that the compression device is dimensioned such that it is capable of extinguishing the low-power arcs generated the required quenching gas flow.
- the invention has the advantage that there is no further reduction in the switching speed due to the penetration of gas into the compression space as a result of gas expansion by means of high-current arcs. Because the expanding gas remains in the pressure chamber, this gas is still available for blowing the high-current arcs. This leads to a safer quenching of the arc due to a higher switching speed and better blowing. If no greater breaking capacity is desired, the drive energy can be reduced instead.
- the further developments are advantageous which provide ventilation of the compression space in the event of strong arcs when the passages of the cylinder base are closed. This measure prevents an increase in pressure in the compression space due to the compression of the gas by the switching movement, so that such a gas cushion cannot brake the switching movement in an area in which the high switching speed is required to interrupt the arc, that is the area of Switching movement in which the arc is still burning.
- particularly advantageous developments provide a displaceable cylinder base, which enlarges the pressure chamber in the event of high-current arcs. By enlarging the pressure chamber, the product increases volume times pressure. This is a prerequisite for generating a stronger gas flow of sufficient duration to blow the high-current arcs, or this measure can also avoid the disadvantage of an excessive pressure increase in the pressure chamber.
- the gas flow which is increased by increasing the product pressure times volume, can thereby be used particularly effectively for blowing the arc by increasing the gap between the switching element arranged in the pressure chamber and the insulating material nozzle.
- This is achieved by means of a switching piece which can be displaced in a pressure-dependent manner and therefore executes a movement relative to the insulating material nozzle in the direction of increasing the distance in the case of high-current arcs.
- the inner parts of a switching chamber are shown.
- the left halves of the figures show the switch in the closed state, the right halves when it is switched off.
- the switching chamber is with insulating gas, e.g. B. SF6, filled and is surrounded by a housing, which can be designed as a fully insulated metal housing or as a porcelain insulator.
- the electrical connections are located on the fixed contact piece 2 and on the carrier of the compression piston 29.
- FIG. 1 shows an auto-blow switch in which the passages 1 are equipped with closures 10, which are designed here as valves.
- the switching movements take place by means of a drive rod 13, which is firmly connected to a movable switching element 3, a cylinder base 9, a compression cylinder 4 and an insulating nozzle 5.
- a drive rod 13 which is firmly connected to a movable switching element 3, a cylinder base 9, a compression cylinder 4 and an insulating nozzle 5.
- the movable contact piece 3 and a fixed contact piece 2 separate.
- an arc 26 is formed between these contact pieces through the insulating material nozzle 5.
- B. when switching off a power supply relatively weak arcs are formed because the current is not too high. The thermal energy of such arcs is not great, so that the gas expansion in the pressure chamber 6 does not lead to a significant increase in pressure due to the heating of the gas.
- Such arcs must be blown using a device.
- the compression device consisting of the compression cylinder 4, is used for this purpose, which, when switched off, slides over a compression piston 14 and thereby reduces the compression space 7.
- the gas compressed in the compression space 7 is blown through passages 1 in the cylinder base 9 into the pressure chamber 6 in order to flow from there through the insulating nozzle 5, the arc 26 being blown.
- the arc extinguishes because the blowing prevents the re-ignition after the zero current crossing. With such a shutdown, the pressure in the pressure chamber 6 is lower than in the compression chamber 7, so that the closures 10, here designed as valves, are open.
- the pressure conditions are reversed in the case of high-current arcs, such as occur when short circuits are switched off.
- the high thermal energy of these arcs leads to a strong gas expansion in the pressure chamber 6, so that the pressure in the pressure chamber 6 is higher than the pressure in the compression space 7.
- the shutters 10, here the valves close in this way to prevent the high pressure from entering the compression space 7, which would lead to a braking of the switch-off movement as a result of the pressure increase.
- the gas under high pressure remains in the pressure chamber 6 and is fully available for blowing the arc, the arc clogging the nozzle outside the zero current crossing and a strong flow of extinguishing agent starting shortly before the zero current crossing.
- the switch can be operated with a lower drive energy or a higher switching speed can be achieved. Since the compression device is only operated by the closures 10 for the extinction of weak arcs, it is dimensioned such that it generates the quenching gas flow required for the extinguishing of these weak arcs.
- Fig. 2 shows an embodiment with a further development of the solution according to the invention.
- This auto-blow switch differs from that shown in FIG. 1 in that the compression space 7 is connected to the switching chamber through ventilation openings 11.
- the ventilation openings 11 are arranged here in the compression piston 14. They are provided with closures, here designed as valves 16.
- the valves 16 open against the pressure of springs, these springs having such a spring constant that the opening of the valves 16 takes place when a pressure develops in the compression space 7 which corresponds to the high pressure range in the pressure chamber 6, at which the Close shutters 10 as a result of gas expansion by means of high-current arcs.
- This pressure range is reached in the compression space 7 in that the closures 10 are closed, the compression cylinder 4 slides over the fixed compression piston 14 and the enclosed gas is compressed.
- the valves 16 therefore only open when high-current arcs generate the correspondingly high pressure in the pressure chamber 6 and, as a result, no gas can flow out of the compression space 7.
- weak arcs on the other hand, the closures 10 open and the pressure in the compression space 7 cannot rise so high due to the gas flowing through the passages 1 that the valves 16 open.
- the possible pressure increase in the compression space 7 is therefore limited, regardless of whether high-current or low-current arcs have to be extinguished.
- the drive only has to overcome a limited pressure in the compression space 7, whereby it is relieved. It is possible to use an even weaker drive or to further increase the switching speed.
- Fig. 3 shows an embodiment which differs from FIGS. 1 and 2 in that the cylinder bottom 9 'in the compression cylinder 4 is mounted gas-tightly displaceable. Opposite the drive rod 13 is the cylinder bottom 9 'is also guided gas-tight, a spring 8 pressing it against a collar 23 fixedly connected to the drive rod 13. The spring 8 is supported on a shoulder 22 of the drive rod 13.
- the cylinder bottom 9 ' has - like the cylinder bottom 9 of FIGS. 1 and 2 - passages 1 with closures 10.
- the compression cylinder 4 has vents 11 ', which are assigned to the bores 18 in the edge 17 of the cylinder base 9' so that when the cylinder base 9 is displaced 'against the pressure of the spring 8, the bores 18 are aligned with the breather openings 11' and thus a connection of the compression space 7 to the switching chamber.
- This displaceable cylinder bottom 9 ' causes a large increase in pressure due to high-current arcs, in which the closures 10 close, an enlargement of the pressure chamber 6.
- the compression chamber 7 is vented through the holes 18 and the vent openings 11' in the switching chamber.
- the right side of the figure represents the switch when a low-current arc is switched off.
- the cylinder bottom 9 'lies against the collar 23, the holes 18 are not aligned with the ventilation openings 11', so that they are closed, and the compressed gas flows through the Passages 1 (arrows), whereby the arc 26 is blown.
- This configuration ensures an even better blowing of the high-current arcs, since increasing the volume of the pressure chamber also results in a larger product of volume times pressure, which is decisive for the intensity and duration of the blowing.
- the enlargement of the pressure chamber 6 also prevents an excessive increase in pressure in the pressure chamber 6, so that the critical value for the material is not reached so quickly.
- the enlargement of the pressure chamber 6 takes place at the expense of the compression space 7. This is not disadvantageous because the compression device does not function when strong arcs are switched off.
- the spring constant of the spring 8 is designed so that in the event of low-current arcs, in which the closures 10 remain open, the cylinder base 9 'remains in a first position in which it rests against the collar 23 which is firmly connected to the drive rod 13. Only with the arcs, which are so powerful that they build up a pressure in the pressure chamber 6, through which the closures 10 close, the spring 8 can be compressed. In such switching situations, the cylinder bottom 9 'moves in the region of the second position. The exact position of the cylinder bottom 9 'within this area of the second position is advantageously pressure-dependent.
- the spring constant of the spring 8 is expediently determined as a function of the path of the cylinder base 9 to be covered so that a particularly favorable product of pressure times volume for extinguishing the relevant arc is achieved in the pressure chamber 6.
- the ventilation openings 11 ' must be designed as elongated holes, so that it is ensured that in the entire area in which the cylinder base 9' can be in its second position , ventilation of the compression space 7 is guaranteed.
- a further advantage of the development is that the ventilation of the compression space 7 occurs immediately after the closures 10 have been closed.
- This immediate and complete pressure relief of the compression chamber 7, which is mechanically coupled with the displacement of the cylinder bottom 9 '- that is, not communicated via the detour of a pressure build-up in the compression chamber 7 - ensures that the switching speed compared to the cut-off when the arc is extinguished Arcing is increased even further, since there is no pressure opposing the switching movement in the compression space.
- a mechanical or pneumatic damper is expediently arranged, which intercepts it at the end of the switching movement.
- the training is also advantageous for the switch-on process.
- the cylinder bottom 9 ', the compression cylinder 4 and the insulating nozzle 5 upwards, whereby the compression space 7 is enlarged.
- this creates a negative pressure, which sucks the cylinder bottom 9 'against the pressure of the spring 8 down, whereby a Ventilation by means of the holes 18 and the vents 11 'results.
- the switch-on speed is not impeded by the formation in the compression chamber 7 of a negative pressure which counteracts the switch-on movement.
- connection piece must be used for the positive connection between the drive rod 13 and the movable contact piece 3 on the one hand and the compression cylinder 4 and the insulating material nozzle 5 on the other hand be arranged, which can be designed, for example, as webs 12 or as a perforated plate 21.
- Fig. 4 shows a development of the embodiment of Fig. 3, in which the passages 1 'between the compression chamber 7 and the pressure chamber 6 are formed in that in the first position of the cylinder bottom 9', the holes 18 open into an extension 19 of the cylinder wall .
- This is shown in the left half of FIG. 4, the arrow showing the path of the extinguishing gas flow when extinguishing low-current arcs.
- the spring constant of the spring 8 or an additional weak spring, which is in series with the spring 8 in this area, must be so low that a displacement of the cylinder bottom 9 'into the second position is so smooth that this displacement is equalized by the pressure Passages 1 'anticipates.
- a configuration is also possible in which the cylinder bottom 9 'only meets the spring 8 or 8' at the beginning of the region of the second position, that is to say that the displacement of the cylinder bottom 9 'until the passages 1 are closed only counteracts the friction of the bearing .
- the ventilation chamber 7 is opened by the displacement of the cylinder base 9' by means of the switching chamber the bore 18 and the vent 11 '. This can be seen from the right half of FIG. 4, the arrow indicating the ventilation of the compression space 7 in the switching chamber.
- the holes 18 and the openings 11 ' are attached in the number and size of the circumference for quick venting is required.
- Fig. 4 further shows a cylinder ring 28 which is arranged on the compression cylinder 4 outside sliding, so that it closes the ventilation openings 11 'towards the end of the switching movement.
- This cylinder ring 28 is firmly connected to the carrier 29 of the compression piston 4.
- the purpose of this arrangement is that the switching movement is softly intercepted towards the end of the switch-off by a gas cushion forming in the compression space 7. This braking of the switch-off movement no longer affects the switch-off properties of the switch, since the arc has already extinguished in this switch position.
- Fig. 5 shows an embodiment in which the width of the gap 15 between the switching piece 3 and the insulating nozzle 5 adapts to the different extinguishing conditions for small and large currents.
- the drive rod 13 contains a guide with a high current contact, in which a displaceable contact piece carrier 20 is mounted.
- This slidable contact piece carrier 20 is fixedly connected to the cylinder bottom 9 'and to the contact piece 3, which is designed here as a movable (i.e. executing the switching movement) contact piece.
- the cylinder bottom 9 ' is pressed by a spring 8' in its first position against a collar 23 ', which is in fixed connection with the compression cylinder 4, and is arranged below the insulating nozzle 5 within the pressure chamber 6.
- the spring 8 ' is based on a paragraph at the upper end of the compression cylinder 4.
- the spring 8 ' is designed so that the cylinder bottom 9' assumes a pressure-dependent position in its second position.
- This pressure-dependent position is between the first position and a position that corresponds to the maximum pressure; in this, the cylinder bottom 9 'on a perforated plate 21 and the spring 8' is maximally compressed.
- the movable contact piece 3 is in a relative position to the insulating nozzle 5, whereby the gap 15 is set depending on the pressure.
- the gap 15 When small currents are switched off, the gap 15 is so narrow that, in spite of the relative weakness of the gas flow generated by the compression device, it causes an intensive blowing of the arc. With large flows, the gap 15 increases with the stroke of the cylinder bottom 9 'accordingly, so that the nozzle gap is enlarged. The quenching gas thereby flows in a wider stream of quenching gas, which has a high flow rate due to the high pressure of the gas expanding under the thermal energy of the arc and thus leads to intensive blowing of the arc.
- the conditions for blowing the arc are additionally optimized in that the arc length is increased by the switching piece 3 also executing the stroke of the cylinder bottom 9 'and thus the distance between the switching pieces 2, 3 and thus the arc length is increased in addition to the switching movement.
- variable gap width can also be arranged according to an arrangement.
- Fig. 3 or 4 integrate.
- the movable contact piece 3 must also be guided in the drive rod 13 in a sliding manner and with a current contact.
- a connection from the movable contact piece 3 with the cylinder bottom 9 ' would be possible in this case, for example, connecting webs from the contact piece 3 around the collar 23 to the cylinder bottom 9' and are arranged in the spaces between the webs 12.
- FIG. 6 shows an embodiment that provides a variable gap width 15 according to the same principle as that described in FIG. 5.
- pressure relief valves 25 are arranged which connect the pressure chamber 6 to the switching chamber when the pressure in the pressure chamber rises to a value which is critical for the material.
- These pressure relief valves 25 are formed by one or more openings 27 in the pressure chamber 6, which are closed by the cylinder bottom 9 'at permissible pressure and are opened at impermissibly high pressure by the fact that the cylinder bottom 9' releases the openings 27 by being due to the Pressure increase from the area of the second position to a third position, which is achieved by overcoming a spring force with a spring constant corresponding to this pressure increase.
- the spring 8 ' have an increased spring constant between this second and the third position, or an additional spring is arranged in this area parallel to the spring 8', so that this increased spring constant results from the sum of both spring constants.
- the spring 8 ' is supported on the perforated plate 21. The remaining parts correspond to FIG. 5.
- FIG. 6 shows a ventilation valve 24, which is located in the compression piston 14 and has the task of venting the compression space 7 when a negative pressure arises in the compression space 7 as a result of the switch-on movement.
- a relatively weak spring of the valve 24 allows this valve 24 to go into the open position as soon as the pressure in the compression space 7 becomes lower than in the switching chamber. The spring only has the task of ensuring that valve 24 closes securely even when shaken.
- Such a ventilation valve 24 can of course be arranged in all of the exemplary embodiments in order to avoid a negative pressure in the compression space 7 which hinders the switch-on movement.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Schalter mit selbsterzeugter Löschgasströmung mit einer mit Isoliergas gefüllten Schaltkammer, mindestens zwei Schaltstücken, von denen mindestens eines beweglich ist, einer durch die Schaltbewegung betätigbaren Kompressionseinrichtung aus einem Kompressionskolben und einem Kompressionszylinder mit Zylinderboden sowie einer daran anschließenden Druckkammer mit Isolierstoffdüse, wobei ein oder mehrere Durchlässe den Kompressionsraum mit der Druckkammer verbinden.
- Hochspannungsschalter sind heute in der Regel als mit Isoliergas gefüllte Selbstblasschalter ausgeführt. In einer solchen mit Isoliergas gefüllten Schaltkammer werden die Kontakte getrennt und wird der Lichtbogen bis zum Erlöschen mit dem Isoliergas, meistens SF₆, beblasen. Die für diese Beblasung erforderliche Kompression wird entweder mittels einer Kompressionseinrichtung oder mittels der thermischen Energie des Lichtbogens selbst erzielt. Die Schaltkammern werden entweder von einem vollisolierten Metallgehäuse oder von einem Porzellanisolator umgeben.
- Aus der Firmenschrift der AEG "Hochleistungsschalter Autopneumatik" ist ein Selbstblasschalter bekannt, der eine mit Isoliergas gefüllte Schaltkammer aufweist, in der sich zwei Schaltstücke befinden, von denen eines feststehend und das andere mit der Schaltbewegung verschiebbar ist. Durch die Schaltbewegung wird eine Kompressionseinrichtung betätigt, die aus einem Kompressionskolben und einem Kompressionszylinder mit Zylinderboden besteht. Durchlässe in diesem Zylinderboden verbinden den Kompressionsraum mit einer Druckkammer, die von einer Isolierstoffdüse umgeben ist. Lichtbögen, deren Stromstärke im unteren und mittleren Bereich liegt, werden dadurch gelöscht, daß die Kompressioneinrichtung Löschgas komprimiert und durch die Durchlässe im Zylinderboden in die Druckkammer bläst, wodurch eine starke Löschgasströmung in der Düse entsteht, die den Lichtbogen im Stromnulldurchgang zum Erlöschen bringt.
- Im Bereich stromschwächerer Lichtbögen, wie sie unter normalen Betriebsbedingungen auftreten, weist dieser Selbstblasschalter eine recht gute Funktion auf. Diese stromschwächeren Lichtbögen haben eine so geringe thermische Energie, daß es in der Druckkammer durch Erhitzung zu keiner nennenswerten Gasexpansion kommt, und so weder die Beblasung durch die Kompressionseinrichtung verhindert wird, noch die Schaltbewegung beeinträchtigt und damit die Schaltgeschwindigkeit vermindert wird. Bei der Abschaltung stromstarker Lichtbögen, wie sie beispielsweise in Kurzschlußfällen auftreten, ist die Funktion dieses Selbstblasschalters nicht so optimal. Durch die hohe thermische Energie des Lichtbogens kommt es in der Druckkammer zu einer sehr starken Gasexpansion infolge der Erhitzung. Bei diesen stromstarken Lichtbögen trägt zur Löschung der Lichtbögen dieses expandierte, unter sehr hohem Druck stehende Gas wesentlich bei. Dieses unter sehr hohem Druck stehende Gas dringt jedoch auch durch die Durchlässe des Zylinderbodens in den Kompressionsraum des Kompressionszylinders ein und führt dadurch zu einer Verlangsamung der Schaltbewegung. Das in den Kompressionsraum eingedrungene Gas geht für den Löschvorgang verloren, da die Löschung des Lichtbogens im Stromnulldurchgang erfolgen muß, der Kompressionszylinder das in ihn eingedrungene Gas jedoch erst dann wieder ausstößt, wenn der hohe Druck in der Druckkammer wieder abgebaut ist. Dies ist jedoch erst nach Erlöschen des Lichtbogens der Fall.
- Eine so ausgestattete Kompressionseinrichtung ist bei Schaltvorgängen mit stromstarken Lichtbögen also zweifach von Nachteil, einmal dadurch, daß der Schaltvorgang gebremst wird, und zum andern dadurch, daß ein Teil des expandierenden Löschgases für die Beblasung des Lichtbogens verlorengeht.
- Bei diesem bekannten Selbstblasschalter treten jedoch noch weitere Probleme auf:
Bei sehr energiereichen Lichtbögen ist die Druckkammer, welche von der Isolierdüse umschlossen wird, für die hohen Drücke, wie sie durch die Gasexpansion bei der Unterbrechung sehr starker Ströme auftritt, zu klein. Für die Intensität und Dauer der Beblasung des Lichtbogens ist das Produkt aus Druck mal Volumen maßgeblich. Der Druckerhöhung sind jedoch hauptsächlich durch die Stabilität des Isoliermaterials der Isolierstoffdüse Grenzen gesetzt. Das Ausschaltvermögen wird somit durch das Volumen der Druckkammer bestimmt.
Desweiteren ist der Spalt zwischen Isolierdüse und Schaltstück fest vorgegeben und nicht den unterschiedlichen Löschbedingungen bei kleinen und großen Strömen angepaßt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Selbstblasschalter so auszugestalten, daß er bei Lichtbögen mit hohen Stromstärken eine bessere Beblasung, ein größeres Ausschaltvermögen und eine höhere Schaltgeschwindigkeit gewährleistet oder mit einer geringeren Antriebsenergie auskommt.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Durchlässe Verschlüsse aufweisen, die in einem niedrigen Druckbereich der Druckkammer geöffnet sind und in einem hohen Druckbereich der Druckkammer geschlossen sind, wobei Drücke des niedrigen Druckbereichs durch stromschwache Lichtbögen hervorgerufen werden, deren Energie zu gering ist, um die zu ihrer Beblasung erforderliche Löschgasströmung selbst zu erzeugen, und Drücke des hohen Druckbereichs durch stromstarke Lichtbögen hervorgerufen werden, deren Energie ausreicht, um die zu ihrer Beblasung erforderliche Löschgasströmung selbst zu erzeugen, und daß die Kompressionseinrichtung so bemessen ist, daß sie die zur Löschung der stromschwachen Lichtbögen erforderliche Löschgasströmung erzeugt.
- Die Erfindung hat den Vorteil, daß keine Verminderung der Schaltgeschwindigkeit durch Eindringen von Gas in den Kompressionsraum infolge der Gasexpansion durch stromstarke Lichtbögen mehr eintritt. Durch das Verbleiben des expandierenden Gases in der Druckkammer steht dieses Gas zur Beblasung der stromstarken Lichtbögen weiter zur Verfügung. Dies führt zu einer sichereren Löschung des Lichtbogens durch eine höhere Schaltgeschwindigkeit und eine bessere Beblasung. Falls kein größeres Ausschaltvermögen gewünscht wird, kann statt dessen die Antriebsenergie verringert werden.
- Weiterbildungen der Erfindung, die den Ansprüchen 2 bis 12 zu entnehmen sind, führen zu einer wesentlichen Verbesserung der Löschbedingungen sowie zu einer weiteren Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit, beziehungsweise Verringerung der Antriebsenergie.
- Insbesondere sind die Weiterbildungen vorteilhaft, die im Falle des Verschließens der Durchlässe des Zylinderbodens bei starken Lichtbögen eine Entlüftung des Kompressionsraums vorsehen. Durch diese Maßnahme wird eine Druckerhöhung im Kompressionsraum infolge des Zusammenpressens des Gases durch die Schaltbewegung verhindert, so daß ein solches Gaspolster die Schaltbewegung nicht in einem Bereich bremsen kann, in dem die hohe Schaltgeschwindigkeit für die Unterbrechung des Lichtbogens erforderlich ist, das ist der Bereich der Schaltbewegung, in dem der Lichtbogen noch brennt.
- Weitere, besonders vorteilhafte Weiterbildungen sehen einen verschiebbaren Zylinderboden vor, welcher die Druckkammer bei stromstarken Lichtbögen vergrößert. Durch die Vergrößerung der Druckkammer wird das Produkt Volumen mal Druck größer. Dies ist Voraussetzung, um eine stärkere Gasströmung von ausreichender Dauer zur Beblasung der stromstarken Lichtbögen zu erzeugen, beziehungsweise kann durch diese Maßnahme auch der Nachteil einer zu starken Druckerhöhung in der Druckkammer vermieden werden.
- Die durch die Erhöhung des Produkts Druck mal Volumen verstärkte Gasströmung läßt sich dadurch besonders effektiv zur Beblasung des Lichtbogens einsetzen, indem der Spalt zwischen dem in der Druckkammer angeordneten Schaltstück und der Isolierstoffdüse vergrößert wird. Dies wird durch ein Schaltstück erreicht, welches druckabhängig verschiebbar ist und darum bei stromstarken Lichtbögen eine Relativbewegung zur Isolierstoffdüse in Richtung der Vergrößerung des Abstands ausführt.
- Zweckmäßige Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen 13 bis 22 zu entnehmen.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf weitere Vorteile verwiesen wird.
- Es zeigen
- Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit verschließbaren Durchlässen im Zylinderboden,
- Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit Entlüftungsöffnungen im Kompressionsraum,
- Fig. 3 und Fig. 4 Ausführungsbeispiele mit verschiebbarem Zylinderboden und
- Fig. 5 sowie Fig. 6 Ausführungsbeispiele mit variabler Spaltbreite zwischen Schaltstück und Isolierstoffdüse.
- Dargestellt sind jeweils die Innenteile einer Schaltkammer. Die linken Hälften der Figuren zeigen den Schalter im geschlossenen Zustand, die rechten Hälften bei der Ausschaltung. Die Schaltkammer ist mit Isoliergas, z. B. SF₆, gefüllt und wird von einem Gehäuse umgeben, welches als vollisoliertes Metallgehäuse oder als Porzellanisolator ausgeführt sein kann. Am festen Schaltstück 2 sowie am Träger des Kompressionskolbens 29 befinden sich die elektrischen Anschlüsse.
- Fig. 1 zeigt einen Selbstblasschalter, bei dem die Durchlässe 1 mit Verschlüssen 10, welche hier als Ventile ausgeführt sind, ausgestattet sind. Die Schaltbewegungen erfolgen mittels einer Antriebsstange 13, die mit einem beweglichen Schaltstück 3, einem Zylinderboden 9, einem Kompressionszylinder 4 sowie einer Isolierstoffdüse 5 fest verbunden ist. Bei der Ausschaltung trennen sich das bewegliche Schaltstück 3 und ein festes Schaltstück 2. Dadurch bildet sich zwischen diesen Schaltstücken durch die Isolierstoffdüse 5 hindurch ein Lichtbogen 26. Im Rahmen des Normalbetriebs, so z. B. bei der Abschaltung eines Netzteils, bilden sich relativ schwache Lichtbögen, da die Stromstärke nicht allzu hoch ist. Die thermische Energie solcher Lichtbögen ist nicht groß, so daß die Gasexpansion in der Druckkammer 6, infolge der Erhitzung des Gases zu keiner erheblichen Drucksteigerung führt. Solche Lichtbögen müssen mittels einer Einrichtung beblasen werden. Dazu dient die Kompressionseinrichtung, bestehend aus dem Kompressionszylinder 4, der sich bei der Ausschaltung über einen Kompressionskolben 14 schiebt und dabei den Kompressionsraum 7 verringert. Das im Kompressionsraum 7 zusammengepreßte Gas wird durch Durchlässe 1 im Zylinderboden 9 in die Druckkammer 6 geblasen, um von dort durch die Isolierstoffdüse 5 zu strömen, wobei der Lichtbogen 26 beblasen wird. Der Lichtbogen erlöscht dadurch, daß durch die Beblasung die Neuzündung nach dem Stromnulldurchgang verhindert wird. Bei einer solchen Abschaltung ist der Druck in der Druckkammer 6 niedriger als im Kompressionsraum 7, so daß die Verschlüsse 10, hier als Ventile ausgeführt, geöffnet sind.
- Die Druckverhältnisse sind bei stromstarken Lichtbögen, wie sie beispielsweise bei der Abschaltung von Kurzschlüssen auftreten, umgekehrt. Durch die hohe thermische Energie dieser Lichtbögen kommt es in der Druckkammer 6 zu einer starken Gasexpansion, so daß der Druck in der Druckkammer 6 höher ist, als der Druck im Kompressionsraum 7. Die Verschlüsse 10, hier die Ventile, schließen, um auf diese Weise ein Eindringen des hohen Drucks in den Kompressionsraum 7 zu verhindern, was zu einer Bremsung der Ausschaltbewegung infolge der Druckerhöhung führen würde. Das unter hohem Druck stehende Gas verbleibt in der Druckkammer 6 und steht zur Beblasung des Lichtbogens voll zur Verfügung, wobei der Lichtbogen außerhalb des Stromnulldurchgangs die Düse verstopft und kurz vor dem Stromnulldurchgang eine starke Löschmittelströmung einsetzt. Dadurch, daß der hohe Druck vom Kompressionsraum 7 ferngehalten wird, kann der Schalter mit einer geringeren Antriebsenergie betrieben werden oder es läßt sich eine höhere Schaltgeschwindigkeit erzielen. Da die Kompressionseinrichtung durch die Verschlüsse 10 nur für die Löschung schwacher Lichtbögen in Betrieb ist, wird sie so bemessen, daß sie die für die Löschung dieser schwachen Lichtbögen erforderliche Löschgasströmung erzeugt.
- Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung. Dieser Selbstblasschalter unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß der Kompressionsraum 7 durch Entlüftungsöffnungen 11 mit der Schaltkammer verbunden ist. Die Entlüftungsöffnungen 11 sind hier im Kompressionskolben 14 angeordnet. Sie sind mit Verschlüssen, hier als Ventile 16 ausgeführt, versehen. Die Ventile 16 öffnen gegen den Druck von Federn, wobei diese Federn eine solche Federkonstante aufweisen, daß die Öffnung der Ventile 16 dann erfolgt, wenn im Kompressionsraum 7 sich ein Druck entwickelt, der dem hohen Druckbereich in der Druckkammer 6 entspricht, bei dem dort die Verschlüsse 10 infolge der Gasexpansion durch stromstarke Lichtbögen schließen. Dieser Druckbereich wird im Kompressionsraum 7 dadurch erreicht, daß die Verschlüsse 10 geschlossen sind, der Kompressionszylinder 4 sich über den feststehenden Kompressionskolben 14 schiebt und das eingeschlossene Gas komprimiert wird. Die Ventile 16 öffnen somit nur dann, wenn stromstarke Lichtbögen den entsprechend hohen Druck in der Druckkammer 6 erzeugen und infolge dessen aus dem Kompressionsraum 7 kein Gas abströmen kann. Bei schwachen Lichtbögen öffnen dagegen die Verschlüsse 10 und der Druck im Kompressionsraum 7 kann durch das durch die Durchlässe 1 abströmende Gas nicht so hoch ansteigen, daß die Ventile 16 öffnen. Der mögliche Druckanstieg im Kompressionsraum 7 ist also begrenzt, unabhängig davon, ob stromstarke oder stromschwache Lichtbögen gelöscht werden müssen. Der Antrieb muß nur noch einen begrenzten Druck im Kompressionsraum 7 überwinden, wodurch er entlastet wird. Es ist möglich, einen noch schwächeren Antrieb zu verwenden, oder die Schaltgeschwindigkeit weiter zu erhöhen.
- Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sich von den Fig. 1 und 2 dadurch unterscheidet, daß der Zylinderboden 9′ im Kompressionszylinder 4 gasdicht verschiebbar gelagert ist. Gegenüber der Antriebsstange 13 ist der Zylinderboden 9′ ebenfalls gasdicht geführt, wobei ihn eine Feder 8 gegen einen fest mit der Antriebsstange 13 verbundenen Bund 23 drückt. Die Feder 8 stützt sich auf einen Absatz 22 der Antriebsstange 13 ab. Der Zylinderboden 9′ weist - wie der Zylinderboden 9 der Fig. 1 und 2 - Durchlässe 1 mit Verschlüssen 10 auf. Am Außenrand des Zylinderbodens 9′ befindet sich ein zylinderringförmiger Rand 17, der im Kompressionszylinder 4 gasdicht gleitet. Dieser Rand 17 ist mit Bohrungen 18 ausgestattet. Der Kompressionszylinder 4 weist Entlüftungsöffnungen 11′ auf, die den Bohrungen 18 im Rand 17 des Zylinderboden 9′ so zugeordnet sind, daß bei Verschiebung des Zylinderbodens 9′ gegen den Druck der Feder 8 die Bohrungen 18 mit den Entlüftungsöffnungen 11′ fluchten und so eine Verbindung des Kompressionsraums 7 zur Schaltkammer entsteht. Dieser verschiebbare Zylinderboden 9′ bewirkt bei großem Druckanstieg infolge stromstarker Lichtbögen, bei denen die Verschlüsse 10 schließen, eine Vergrößerung der Druckkammer 6. Gleichzeitig wird der Kompressionsraum 7 durch die Bohrungen 18 und die Entlüftungsöffnungen 11′ in die Schaltkammer entlüftet. Die rechte Seite der Figur stellt den Schalter bei der Ausschaltung eines stromschwachen Lichtbogens dar. Der Zylinderboden 9′ liegt am Bund 23 an, die Bohrungen 18 fluchten nicht mit den Entlüftungsöffnungen 11′, so daß sie verschlossen sind, und das komprimierte Gas strömt durch die Durchlässe 1 (Pfeile), wodurch der Lichtbogen 26 beblasen wird. Diese Ausgestaltung sorgt für eine noch bessere Beblasung der stromstarken Lichtbögen, da durch die Vergrößerung des Volumens der Druckkammer auch ein größeres Produkt aus Volumen mal Druck entsteht, welches für die Intensität und Dauer der Beblasung maßgeblich ist. Durch die Vergrößerung der Druckkammer 6 wird auch ein zu starker Druckansteig in der Druckkammer 6 verhindert, so daß der für das Material kritische Wert nicht so schnell erreicht wird. Die Vergrößerung der Druckkammer 6 findet auf Kosten des Kompressionsraum 7 statt. Dies ist deshalb nicht von Nachteil, weil bei der Ausschaltung starker Lichtbögen die Kompressionseinrichtung nicht in Funktion ist.
- Die Federkonstante der Feder 8 wird so ausgelegt, daß bei stromschwachen Lichtbögen, bei denen die Verschlüsse 10 geöffnet bleiben, der Zylinderboden 9′ in einer ersten Position verharrt, in der er an dem mit der Antriebsstange 13 fest verbundenen Bund 23 anliegt. Erst bei den Lichtbögen, die so stromstark sind, daß sie einen Druck in der Druckkammer 6 aufbauen, durch den sich die Verschlüsse 10 schließen, läßt sich die Feder 8 zusammendrücken. In solchen Schaltsituationen bewegt sich also der Zylinderboden 9′ in den Bereich der zweiten Position. Die genaue Lage des Zylinderbodens 9′ innerhalb dieses Bereichs der zweiten Position ist vorteilhafterweise druckabhängig. Zweckmäßigerweise ist die Federkonstante der Feder 8 in Abhängigkeit vom zurückzulegenden Weg des Zylinderbodens 9′ so bestimmt, daß in der Druckkammer 6 ein besonders günstiges Produkt aus Druck mal Volumen für die Löschung des betreffenden Lichtbogens erzielt wird.
- Bei einer solchen Ausgestaltung in der sich die zweite Position des Zylinderboden 9 innerhalb eines Bereichs druckabhängig einstellt, müssen die Entlüftungsöffnungen 11′ als Langlöcher ausgeführt werden, damit gewährleistet ist, daß im gesamten Bereich in dem sich der Zylinderboden 9′ in seiner zweiten Position befinden kann, eine Entlüftung des Kompressionsraums 7 gewährleistet ist.
- Neben der Optimierung des Produkts aus Druck mal Volumen für die Druckkammer 6 und somit einer Verbesserung der Beblasung, ist ein weiterer Vorteil der Weiterbildung der, daß die Entlüftung des Kompressionsraums 7 sofort nach dem Verschließen der Verschlüsse 10 eintritt. Diese sofortige und völlige Druckentlastung des Kompressionsraumes 7, die mechanisch mit der Verschiebung des Zylinderbodens 9′ gekoppelt ist - also nicht über den Umweg eines Druckaufbaus im Kompressionsraum 7 vermittelt wird -, sorgt dafür, daß bei der Löschung stromstarker Lichtbögen die Schaltgeschwindigkeit gegenüber der Ausschaltung stromschwacher Lichtbögen noch zusätzlich erhöht wird, da im Kompressionsraum kein Druck der Schaltbewegung entgegensteht. Bei dieser Ausgestaltung wird zweckmäßigerweise ein mechanischer oder pneumatischer Dämpfer angeordnet, der am Ende der Schaltbewegung diese abfängt.
- Die Weiterbildung ist auch für den Einschaltvorgang von Vorteil. Beim Einschaltvorgang bewegt sich die Antriebsstange 13 mit dem beweglichen Schaltstück 2, dem Zylinderboden 9′, dem Kompressionszylinder 4 und der Isolierstoffdüse 5 nach oben, wodurch der Kompressionsraum 7 vergrößert wird. Im Kompressionsraum 7 entsteht dadurch ein Unterdruck, der den Zylinderboden 9′ gegen den Druck der Feder 8 nach unten saugt, wodurch sich eine Belüftung mittels der Bohrungen 18 und der Entlüftungsöffnungen 11′ ergibt. Auf diese Weise wird die Einschaltgeschwindigkeit nicht durch die Bildung eines der Einschaltbewegung entgegenwirkenden Unterdrucks im Kompressionsraum 7 behindert.
- Weil der Zylinderboden 9′ gegenüber der Antriebsstange 13 sowie dem Kompressionszylinder 4 relativ verschiebbar ist, also diese Teile nicht mehr miteinander verbindet, muß zur kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Antriebsstange 13 und dem beweglichen Schaltstück 3 einerseits sowie dem Kompressionszylinder 4 und der Isolierstoffdüse 5 andererseits ein Verbindungsstück angeordnet werden, welches beispielsweise als Stege 12 oder als durchbrochene Platte 21 ausgeführt sein kann.
- Fig. 4 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels von Fig. 3, bei dem die Durchlässe 1′ zwischen dem Kompressionsraum 7 und der Druckkammer 6 dadurch gebildet werden, daß in der ersten Position des Zylinderbodens 9′ die Bohrungen 18 in eine Erweiterung 19 der Zylinderwandung münden. Dies ist in der linken Hälfte der Fig. 4 dargestellt, wobei der Pfeil den Weg des Löschgasstroms bei der Löschung stromschwacher Lichtbögen zeigt. Die Federkonstante der Feder 8 oder einer zusätzlichen schwachen Feder, die in diesem Bereich zur Feder 8 in Reihe liegt, muß jedoch so niedrig sein, daß eine Verschiebung des Zylinderbodens 9′ in die zweite Position so leichtgängig erfolgt, daß diese Verschiebung einem Druckausgleich durch die Durchlässe 1′ zuvorkommt. Möglich ist auch eine Ausgestaltung, bei der der Zylinderboden 9′ zu Beginn des Bereichs der zweiten Position erst auf die Feder 8 oder 8′ trifft, d. h. daß der Verschiebung des Zylinderbodens 9′ bis zum Verschluß der Durchlässe 1′ lediglich die Reibung der Lagerung entgegensteht. In der zweiten Position des Zylinderbodens 9′ besteht keine Verbindung zwischen der Erweiterung 19 und der Bohrung 18. Unmittelbar nach Unterbrechung der Verbindung zwischen der Bohrung 18 und der Erweiterung 19 öffnet sich durch die Verschiebung des Zylinderbodens 9′ die Entlüftung des Kompressionsraums 7 zur Schaltkammer mittels der Bohrung 18 und der Entlüftungsöffnung 11′. Dies ist aus der rechten Hälfte der Figur 4 ersichtlich, wobei der Pfeil die Entlüftung des Kompressionsraumes 7 in die Schaltkammer anzeigt. Die Bohrungen 18 und die Öffnungen 11′ werden in der Anzahl und Größe am Umfang angebracht, die für die schnelle Entlüftung erforderlich ist.
- Fig. 4 zeigt des weiteren einen Zylinderring 28, der auf dem Kompressionszylinder 4 außen gleitend angeordnet ist, so daß er die Entlüftungsöffnungen 11′ gegen Ende der Schaltbewegung schließt. Dieser Zylinderring 28 ist mit dem Träger 29 des Kompressionskolbens 4 fest verbunden. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, daß die Schaltbewegung gegen Ende der Ausschaltung durch ein sich im Kompressionsraum 7 bildendes Gaspolster weich abgefangen wird. Eine Beeinträchtigung der Ausschalteigenschaften des Schalters erfolgt durch diese Bremsung der Ausschaltbewegung nicht mehr, da in dieser Schalterstellung der Lichtbogen bereits erloschen ist.
- Fig. 5 zeigt eine Ausgestaltung bei der sich die Breite des Spaltes 15 zwischen dem Schaltstück 3 und der Isolierstoffdüse 5 den unterschiedlichen Löschbedingungen bei kleinen und großen Strömen anpaßt.
- Die Antriebsstange 13 enthält eine Führung mit einem Hochstromkontakt, in welcher ein verschiebbarer Schaltstückträger 20 gelagert ist. Dieser verschiebbare Schaltstückträger 20 ist mit dem Zylinderboden 9′ sowie mit dem Schaltstück 3, welches hier als bewegliches (d. h. die Schaltbewegung ausführes) Schaltstück ausgebildet ist, fest verbunden. Der Zylinderboden 9′ wird von einer Feder 8′ in seiner ersten Position gegen einen Bund 23′ gedrückt, welcher in fester Verbindung mit dem Kompressionszylinder 4 steht, und unterhalb der Isolierstoffdüse 5 innerhalb der Druckkammer 6 angeordnet ist. Die Feder 8′ stützt sich auf einen Absatz am oberen Ende des Kompressionszylinders 4 ab.
- Auch bei dieser Ausgestaltung ist die Feder 8′ so ausgelegt, daß der Zylinderboden 9′ in seiner zweiten Position eine druckabhängige Lage einnimmt. Diese druckabhängige Lage befindet sich zwischen der ersten Position und einer Position, die dem maximalen Druck entspricht; bei diesem liegt der Zylinderboden 9′ an einer durchbrochenen Platte 21 an und die Feder 8′ ist maximal zusammengedrückt. Entsprechend der Lage des Zylinderbodens 9′ in der zweiten Position befindet sich das bewegliche Schaltstück 3 in einer relativen Lage zur Isolierstoffdüse 5, wodurch sich der Spalt 15 druckabhängig einstellt.
- Bei der Ausschaltung kleiner Ströme ist der Spalt 15 so schmal, daß er trotz der relativen Schwäche der durch die Kompressionseinrichtung erzeugten Gasströmung eine intensive Beblasung des Lichtbogens herbeiführt. Bei großen Strömen vergrößert sich der Spalt 15 mit dem Hub des Zylinderbodens 9′ entsprechend, so daß der Düsenspalt vergrößert wird. Das Löschgas fließt dadurch in einem breiteren Löschgasstrom, welcher wegen des hohen Drucks des unter der thermischen Energie des Lichtbogens expandierenden Gases eine hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweist und so zu einer intensiven Beblasung des Lichtbogens führt.
Die Bedingungen für die Beblasung des Lichtbogens werden zusätzlich dadurch optimiert, daß die Lichtbogenlänge vergrößert wird, indem das Schaltstück 3 ebenfalls den Hub des Zylinderbodens 9′ ausführt und so der Abstand zwischen den Schaltstücken 2, 3 und damit die Lichtbogenlänge zusätzlich zur Schaltbewegung vergrößert wird. - Die feste Verbindung zwischen der Antriebsstange 13, dem Kompressionszylinder 4 und der Isolierstoffdüse 5 wird durch die durchbrochene Platte 21 hergestellt. Günstig ist ein zusätzliches Überdruckventil 28 im Zylinderboden 9′ - auch eine andere Stelle der Druckkammer 6 ist denkbar- welches im Normalbetrieb geschlossen ist und die Druckkammer 6 mit der Kompressionskammer 7 - oder der Schaltkammer - dann verbindet, wenn der Druck einen Wert erreicht, der für das Material kritisch ist. Bei Überdruckventilen 28, die in den Kompressionsraum 7 münden, muß dieser im hohen Druckbereich über eine gute Entlüftung zur Schaltkammer verfügen. In der dargestellten Ausgestaltung sind Ventile 16 im Kompressionskolben 14 angeordnet, die bei einem zu hohen Druck den Kompressionsraum 7 in die Schaltkammer entlüften.
- Selbstverständlich läßt sich eine solche variable Spaltbreite auch in eine Anordnung gem. Fig. 3 oder 4 integrieren. Dazu muß das bewegliche Schaltstück 3 ebenfalls in der Antriebsstange 13 gleitend und mit einem Stromkontakt geführt werden. Eine Verbindung vom beweglichen Schaltstück 3 mit dem Zylinderboden 9′ wäre in diesem Fall beispielsweise dadurch möglich, Verbindungsstege vom Schaltstück 3 um den Bund 23 herum verlaufend zu dem Zylinderboden 9′ führen und dabei in den Zwischenräumen zwischen den Stegen 12 angeordnet sind.
- Fig. 6 zeigt eine Ausgestaltung, die eine variable Spaltbreite 15 nach dem gleichen Prinzip vorsieht, wie dies in Fig. 5 beschrieben wurde. Zusätzlich sind Überdruckventile 25 angeordnet, welche die Druckkammer 6 mit der Schaltkammer verbinden, wenn der Druck in der Druckkammer auf einen Wert ansteigt, der für das Material kritisch ist. Diese Überdruckventile 25 werden durch eine oder mehrere Öffnungen 27 in der Druckkammer 6 gebildet, die vom Zylinderboden 9′ bei zulässigem Druck verschlossen sind und bei unzulässig hohem Druck dadurch geöffnet werden, daß der Zylinderboden 9′ die Öffnungen 27 freigibt, indem er sich infolge der Druckerhöhung von dem Bereich der zweiten Position weiter in eine dritte Position verschiebt, welche durch Überwindung einer Federkraft mit einer dieser Druckerhöhung entsprechend erhöhten Federkonstante erreicht wird. Dazu kann die Feder 8′ zwischen dieser zweiten und der dritten Position eine erhöhte Federkonstante aufweisen, oder es wird in diesem Bereich parallel zur Feder 8′ eine zusätzliche Feder angeordnet, so daß sich diese erhöhte Federkonstante aus der Summe beider Federkonstanten ergibt. Um Raum für diese Überdruckventile 25 zu schaffen, wird die Feder 8′ auf der durchbrochenen Platte 21 aufgestützt. Die übrigen Teile entsprechen der Fig. 5.
- Zusätzlich zeigt Fig. 6 ein Belüftungsventil 24, das sich im Kompressionskolben 14 befindet und die Aufgabe hat, bei der Entstehung eines Unterdrucks im Kompressionsraum 7 infolge der Einschaltbewegung den Kompressionsraum 7 zu belüften. Eine relativ schwache Feder des Ventils 24 läßt dieses Ventil 24 in die geöffnete Stellung gehen, sobald der Druck im Kompressionsraum 7 geringer wird als in der Schaltkammer. Die Feder hat lediglich die Aufgabe auch bei Erschütterungen für ein sicheres Schließen des Ventils 24 zu sorgen. Ein solches Belüftungsventil 24 kann zur Vermeidung eines die Einschaltbewegung behindernden Unterdrucks im Kompressionsraum 7 selbstverständlich bei sämtlichen Ausführungsbeispielen angeordnet werden.
- Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele sind nur Beispiele für zweckmäßige Kombinationen der Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Maßnahmen. Zahlreiche weitere Kombinationen sind moglich. Denkbar ist des weiteren eine Ausgestaltung bei der die Teile, die in den Ausführungsbeispielen die Schaltbewegung ausführen, feststehen und dafür das Schaltstück 2 und der Kompressionskolben 14 die Schaltbewegung ausführt.
Claims (22)
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchlässe (1 oder 1′) Verschlüsse aufweisen, die in einem niedrigen Druckbereich der Druckkammer (6) geöffnet sind und in einem hohen Druckbereich der Druckkammer (6) geschlossen sind, wobei Drücke des niedrigen Druckbereichs durch stromschwache Lichtbögen hervorgerufen werden, deren Energie zu gering ist, um die zu ihrer Beblasung erforderliche Löschgasströmung selbst zu erzeugen, und Drücke des hohen Druckbereichs durch stromstarke Lichtbögen hervorgerufen werden, deren Energie ausreicht, um die zu ihrer Beblasung erforderliche Löschgasströmung selbst zu erzeugen, und daß die Kompressionseinrichtung so bemessen ist, daß sie die zur Löschung der schwachen Lichtbögen erforderliche Löschgasströmung erzeugt.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kompressionsraum (7) Entlüftungsöffnungen (11 oder 11′) zur Schaltkammer aufweist, welche mit Verschlüssen (16 oder 17) ausgestattet sind, die bei der Ausschaltung der starken Lichtbögen geöffnet sind.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinderboden (9′) im Kompressionszylinder (4) verschiebbar aber gasdicht gelagert ist, daß er im niedrigen Druckbereich der Druckkammer (6) eine erste Position einnimmt und daß der Zylinderboden (9′) im hohen Druckbereich der Druckkammer (6) eine zweite Position innerhalb eines Bereichs einnimmt, in dem die Druckkammer (6) gegenüber der ersten Position vergrößert und der Kompressionsraum (7) verkleinert ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verschiebung des Zylinderbodens (9′) von der ersten in die zweite Position gegen die Kraft einer Feder (8 oder 8′) erfolgt, deren Federkonstante so ausgelegt ist, daß die Feder (8 oder 8′) beim Erreichen des hohen Druckbereichs zusammengedrückt wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lage des Zylinderbodens (9′) in der zweiten Position und damit das Maß der Vergrößerung der Druckkammer (6) danach bestimmt ist, daß sich ein für die Löschung des betreffenden Lichtbogens, (26) besonders günstiges Produkt aus Druck mal Volumen ergibt.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinderboden (9′) seine Lage innerhalb der zweiten Position druckabhängig, mittels einer entsprechenden Wahl der Federkonstante der Feder (8 oder 8′) einstellt.
daß die Entlüftungsöffnungen (11) im Kompressionskolben (14) angeordnet sind und durch Ventile (16) entlüftbar sind, welche bei Drücken im Kompressionsraum (7) öffnen, die oberhalb des Druckbereiches der Druckkammer liegen, der bei kleinen Strömen auftritt.
daß der Zylinderboden (9′) einen in den Kompressionsraum (7) weisenden Rand (17) aufweist, welcher in der ersten Position des Zylinderbodens (9′) im Kompressionszylinder (4) angeordnete Entlüftungsöffnungen (11′) verschließt und in der zweiten Position des Zylinderbodens (9′) die Entlüftungsöffnungen (11′) öffnet.
daß der Zylinderboden (9′) in der ersten Position Durchlässe (1′) geöffnet hält und daß die Durchlässe (1′) durch eine geringe Verschiebung des Zylinderbodens (9′) verschlossen sind.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Federkonstante der Feder (8 oder 8′) oder einer zusätzlichen Feder im Bereich dieser geringen Verschiebung so niedrig ist, daß diese Verschiebung des Zylinderbodens (9′) einem Druckausgleich durch diese Durchlässe (1′) zuvorkommt.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchlässe (1′) durch Bohrungen (18) im Rand (17) des Zylinderbodens (9′) gebildet sind, die in der ersten Position des Zylinderbodens (9′) in eine Erweiterung (19) der Zylinderwandung münden und in der zweiten Position des Zylinderbodens (9′) durch die Zylinderwandung verschlossen sind.
daß das Schaltstück (3) mit dem verschiebbaren Zylinderboden (9′) sowie einem Schaltstückträger (20) fest verbunden ist, wobei dieser verschiebbare Schaltstückträger (20) unter Aufrechterhaltung des elektrischen Anschlußes dieselbe Relativbewegung des Schaltstücks (3) gegenüber der Isolierstoffdüse (5) ermöglicht, wie sie der Zylinderboden (9′) gegenüber der Isolierstoffdüse (5) ausführt und daß in der ersten Position des Zylinderbodens (9′) der Spalt (15) zwischen Isolierstoffdüse (5) und dem Schaltstück (3) klein und in der zweiten Position größer ist, wobei die Spaltbreite (15) so eingestellt ist, daß die jeweiligen Löschgasströme für die Beblasung möglichst gut genutzt sind.
daß die Antriebsstange (13) über Stege (12) oder eine durchbrochene Platte (21) mit dem Kompressionszylinder (4), der Isolierstoffdüse (5) sowie mit dem beweglichen Schaltstück (3) oder dem Lager, in welchem der Schaltstückträger (20) verschiebbar lagert, fest verbunden ist, wodurch diese Teile die Schaltbewegung ausführen und der Kompressionskolben (14) sowie ein festes Schaltstück (2) feststehen.
daß sich die Feder (8) auf einen Absatz (22) der Antriebsstange (13) abstützt und den Zylinderboden (9′) in seiner ersten Position gegen einen Bund (23) drückt, welcher mit der Antriebsstange (13) fest verbunden ist.
daß sich die Feder (8′) auf einem Absatz am oberen Ende des Kompressionszylinders (4) oder auf der durchbrochenen Platte (21) abstützt und der Zylinderboden (9′) in seiner ersten Position gegen einen Bund (23′) drückt, welcher in fester Verbindung mit dem Kompressionszylinder (4) unterhalb der Isolierstoffdüse (5) sowie innerhalb der Druckkammer (6) angeordnet ist.
daß zwischen dem Kompressionsraum (7) und der Schaltkammer ein oder mehrere Belüftungsventile (24) angeordnet sind, die während der Einschaltung geöffnet und sonst geschlossen sind.
daß zwischen der Druckkammer (6) und der Schaltkammer ein Überdruckventil (25) angeordnet ist, das im Normalbetrieb geschlossen ist und das die Druckkammer (6) mit der Schaltkammer verbindet, wenn der Druck einen für das Material kritischen Wert erreicht.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Überdruckventil (25) durch ein oder mehrere Öffnungen (27) gebildet wird, die vom Zylinderboden (9′) bei zulässigem Druck verschlossen sind und bei einer unzulässigen Druckerhöhung dadurch geöffnet werden, daß der Zylinderboden (9′) die Öffnungen freigibt, indem er sich infolge der Druckerhöhung von dem Bereich der zweiten Position weiter in eine dritte Position verschiebt, welche durch Überwindung einer Federkraft, mit einer dieser Druckerhöhung entsprechenden, erhöhten Federkonstante, erreicht wird, wobei die Feder (8′) zwischen der zweiten und dritten Position des Zylinderbodens (9′) eine entsprechend erhöhte Federkonstante aufweist oder durch eine zusätzliche Feder, welche in diesem Bereich parallel zur Feder (8′) angeordnet ist, so daß sich in der Summe eine solche Federkonstante ergibt.
daß zwischen der Druckkammer (6) und der Kompressionskammer (7) ein Überdruckventil (28) angeordnet ist, das im Normalbetrieb geschlossen ist und das die Druckkammer (6) mit der Kompressionskammer (7) verbindet, wenn der Druck einen Wert erreicht, der für das Material kritisch ist.
daß gegen Ende der Ausschaltbewegung die Teile, die die Schaltbewegung ausführen, mittels eines mechanischen oder pneumatischen Dämpfers abgebremst werden.
daß die Entlüftungsöffnungen (11 oder 11′) des Kompressionsraums (7) zur Schaltkammer gegen Ende der Schaltbewegung wieder schließen, so daß ein Gaspolster entsteht, das die Schaltbewegung abbremst.
dadurch gekennzeichnet,
daß ein mit den Träger des Kompressionskolbens (29) fest verbundener, außen auf dem Kompressionszylinder (4) gleitender Zylinderring (28) so angeordnet ist, daß er die Entlüftungsöffnungen (11′) gegen Ende der Schaltbewegung verschließt.
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