EP0554686B1

EP0554686B1 - Druckgasschalter

Info

Publication number: EP0554686B1
Application number: EP93100516A
Authority: EP
Inventors: Hugo Hiltbrunner
Original assignee: GEC Alsthom T&D AG
Current assignee: General Electric Switzerland GmbH
Priority date: 1992-02-06
Filing date: 1993-01-15
Publication date: 1996-07-03
Anticipated expiration: 2013-01-15
Also published as: CA2088546C; JPH0652762A; CA2088546A1; DE59303093D1; ATE140100T1; JP3342075B2; ES2089590T3; EP0554686A1; US5304762A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckgasschalter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Druckgasschalter dieser Art ist aus der EP-A-0 380 907 bekannt. Beim Ausschalten grosser Ströme unterstützt in einen Ausblasraum einströmendes Löschgas den Antrieb. Um beim Einschalten einen vom Antrieb Mehrarbeit verlangenden Ueberdruck im Ausblasraum zu vermeiden, sind schieberartige Ventilmittel vorgesehen, die beim Einschalten infolge des dabei erzeugten Ueberdrucks im Ausblasraum bezüglich dem Druck im Pumpraum in radialer Richtung verlaufende Durchlässe im den Ausblasraum begrenzenden Zylinder freigeben, um einen Druckausgleich zwischen dem Ausblasraum und dem Umgebungsraum zu gewährleisten. Um diese Ventilmittel zu steuern, ist im den Pumpraum vom Ausblasraum trennenden Pumpkolben ein Steuerkolben verschiebbar gelagert. Dieser weist den Ausblasraum mit dem Pumpraum verbindende weitere Durchlässe auf, die durch ein bei Ueberdruck im Ausblasraum bezüglich dem Pumpraum selbsttätig öffnendes Ventilorgan verschlossen sind, um beim Einschalten Löschgas in den Pumpraum einströmen zu lassen.
Nachteilig bei diesem bekannten Schalter ist, dass zum Oeffnen der schieberartigen Ventilmittel ein erheblicher Druckunterschied zwischen dem Pumpraum und Ausblasraum aufgebaut werden muss, was Antriebsenergie benötigt, und dass zu Beginn eines Ausschalthubs die schieberartigen Ventilmittel zuerst wieder in ihre Geschlossenstellung verbracht werden müssen, wobei der Pumpraum durch das dabei stattfindende Verschieben des Steuerkolbens vergrössert wird. Dies hat zur Folge, dass der im Pumpraum aufgebaute Druck erniedrigt wird, was das Ausschaltvermögen des Schalters beeinträchtigt. Im weitern bedingen derartige schieberartige Ventilmittel einen komplizierten Aufbau des Druckgasschalters.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemässen Druckgasschalter derart weiterzubilden, dass er bei einfachem Aufbau verbesserte Schalteigenschaften aufweist und der Antrieb beim Einschalten des Schalters unwesentlich mehr Arbeit leisten muss, als bei einem Schalter ohne Ausblasraum.
Diese Aufgabe wird durch einen gattungsgemässen Druckgasschalter, der die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 aufweist, gelöst.
Erfindungsgemäss sind die Ventilkörper der Ventilmittel in Schliessrichtung federbelastet, so dass sie bei Druckausgleich zwischen den entsprechenden Räumen sich immer in Schliessstellung befinden. Es kann somit der gesamte Ausschalthub zur Druckerzeugung im Pumpraum ausgenützt werden. Da nur sichergestellt werden muss, dass bei Druckausgleich die Ventile geschlossen sind, kann die auf die Ventilkörper wirkende Federkraft äusserst klein gehalten werden, so dass die zum Oeffnen der Ventile beim Einschalten des Schalters benötigte Arbeit verschwindend klein ist. Die Kopplung zwischen den Ventilkörpern verhindert, dass beim Schalten grosser Ströme und infolge des dabei steigenden Drucks im Ausblasraum das zweite Ventil öffnet, und bewirkt somit, dass der Antrieb unterstützt wird. Damit Löschgas vom Pumpraum durch den axialen Durchlass im beweglichen Kontaktstück in den Ausblasraum strömen kann, ist es zwingend notwendig, dass der Druck im Ausblasraum immer kleiner ist als der Druck im Pumpraum. Das Geschlossenhalten des zweiten Ventils durch den vom Druck im Pumpraum beaufschlagten Ventilkörper des ersten Ventils ist somit problemlos möglich.
Eine besonders bevorzugte Ausbildungsform des erfindungsgemässen Druckgasschalters ist im Anspruch 2 angegeben. Sein Aufbau ist besonders einfach und die beiden Ventile werden gleichzeitig geöffnet und geschlossen.
Ein besonders platzsparender Aufbau der Ventile wird erzielt, wenn sie koaxial zueinander angeordnet sind (Anspruch 3).
Eine weitere besonders bevorzugte und platzsparende Ausbildungsform des erfindungsgemässen Druckgasschalters ist im Anspruch 4 angegeben.
Eine ebenfalls besonders bevorzugte Ausbildungsform des erfindungsgemässen Druckgasschalters gemäss Anspruch 5 weist einen äusserst einfachen und platzsparenden Aufbau auf.
Eine weitere bevorzugte Ausbildungsform gemäss Anspruch 6 bietet die Möglichkeit, die aktive Fläche der Ventilkörper möglichst gross auszubilden, was das Oeffnen der Ventile bei kleinsten Druckunterschieden beim Einschalten mit sich bringt.
Bei einem erfindungsgemässen Druckgasschalter gemäss Anspruch 7 sind die Ventile beim Ausschalten auf einfachste Weise immer sicher geschlossen.
Ein ebenfalls besonders bevorzugter erfindungsgemässer Druckgasschalter, der die Merkmale des Anspruchs 8 aufweist, benötigt beim Ausschalten kleiner Ströme vom Antrieb kaum mehr Arbeit als ein Druckgasschalter ohne Ausblasraum.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch einen Pol eines gekapselten erfindungsgemässen Druckgasschalters;
Fig. 2: in gleicher Darstellung wie Fig. 1, aber vergrössert, einen Teil des Druckgasschalters;
Fig. 3: vergrössert den in der Fig. 2 mit III bezeichneten Bereich des Druckgasschalters; und
Fig. 4: in gleicher Darstellung wie Fig. 3, eine zweite Ausbildungsform des erfindungsgemässen Druckgasschalters.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt einen Pol 10 eines Druckgasschalters 12 einer metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage. Die Kapselung 14 weist im Bereich des Pols 10 einen zur Horizontalachse 16 in etwa rotationssymmetrischen rohrartigen Schalterkessel 18 auf, der einerends durch einen angeflanschten Deckel 20 verschlossen ist und an den andernends das Kapselungsrohr 22 für einen ersten Anschlussleiter 24 angeflanscht ist. Auf der oberen Seite weist der Schalterkessel 18 einen Anschlussflansch 26 auf, an dem ein Kapselungsrohr 22' für einen zweiten Anschlussleiter 24' gasdicht befestigt ist. Im Anschlussbereich der Kapselungsrohre 22,22' an den Schalterkessel 18 sind an der Kapselung 14 Isolierkonen 28,28' gasdicht befestigt, die im Mittelbereich von Kontaktelementen 30,30' durchgriffen sind. Durch diese Isolierkonen 28,28' und die daran befestigten Kontaktelemente 30,30', in welche die entsprechenden Anschlussleiter 24,24' elektrisch leitend eingreifen, ist der vom Schalterkessel 18 begrenzte Innenraum gegen die von den Kapselungsrohren 22,22' begrenzten Innenräume abgeschottet. Diese Innenräume sind mit einem bezüglich der Umgebung unter Ueberdruck stehenden isolierenden Gas, wie beispielsweise SF₆ gefüllt.
Im vom Schalterkessel 18 und Deckel 20 begrenzten Raum ist ein Blaskolbenschaltelement 32 angeordnet, das mittels eines schematisch angedeuteten Antriebs 34, beispielsweise eines allgemein bekannten Federkraftspeicherantriebs betätigbar ist. Der Antrieb 34 ist unterhalb des Schalterkessels 18 vorgesehen und an diesem befestigt. Die Abtriebsstange 36 des Antriebs 34 ist an einem äusseren ersten Hebel 38 einer den Deckel 20 gasdicht durchdringenden Hebelwelle 40 angelenkt, die im Innern des Deckels 20 einen zweiten Hebel 38' trägt, an dessen freiem Endbereich eine isolierende Antriebsstange 42 für das Blaskolbenschaltelement 32 angelenkt ist.
Das Blaskolbenschaltelement 32 weist einen ersten, über den Isolierkonus 28 abgestützten Schaltelementteil 44 mit dem festen Kontaktstück 46 und einen über Stützisolatoren 48 am Deckel 20 abgestützten zweiten Schaltelementteil 44' mit dem beweglichen Kontaktstück 50 auf. Am Deckel 20 sind in den Innenraum vorstehende Stützflansche 52 angeformt, an welchen je ein zylinderförmiger, sich parallel zur Horizontalachse 16 erstreckender Stützisolator 48 befestigt ist. Andernends ist an den Stützisolatoren 48 ein metallener Stützring 54 mittels Schrauben in allgemein bekannter Art und Weise befestigt.
Wie dies insbesondere auch aus der Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Stützring 54 von einem zur Horizontalachse 16 koaxialen Rohr 56 durchgriffen, das nach aussen abstehende Befestigungsnasen 58 aufweist, die von in den Stützring 54 eingewindeten Befestigungsschrauben 60 durchgriffen sind. Der besseren Uebersichtlichkeit halber sind in der Fig. 1 nicht sämtliche, das Blaskolbenschaltelement 32 betreffende Bezugszeichen angegeben.
Das Rohr 56 ist, in Richtung der Horizontalachse 16 vom Deckel 20 her gesehen etwa mittig stufenartig verjüngt und trägt an seinem dem ersten Schaltelementteil 44 zugewandten Ende einen Pumpkolben 62, der in radialer Richtung über das Rohr 56 vorsteht. Der ringartige Pumpkolben 62 ist von einem Ausblasrohr 64 durchgriffen, das an seinem, dem ersten Schaltelementteil 44 zugewandten Ende mit einem Zylinderboden 66 fest verbunden ist, welcher auf der dem Ausblasrohr 64 abgewandten Seite das tulpenartige bewegliche Kontaktstück 50 trägt. Dieses bewegliche Kontaktstück 50 weist einen vom freien Ende ausgehenden axialen Durchlass 68 auf, der in das Ausblasrohr 64 mündet und über radiale Oeffnungen 70 im Ausblasrohr 64 im vom freien Ende des beweglichen Kontaktstücks 50 entfernten Endbereich mit einem Ausblasraum 72 strömungsverbunden ist. Dieser Ausblasraum ist radial aussen vom Rohr 56 und in axialer Richtung einerends vom Pumpkolben 62 und andernends von einem Kolben 74 begrenzt, der am Ausblasrohr 64 befestigt und somit mit dem beweglichen Kontaktstück 50 mitbeweglich ist. Dieser scheibenartige, das Ausblasrohr 64 umgreifende Kolben 74 ist mantelseitig über einen Dichtring 76 am Rohr 56 in dessen Bereich mit grösserem freien Durchmesser verschiebbar gelagert. Am diesseitigen Ende ist das Ausblasrohr 64 mittels eines Zapfens verschlossen und an der Antriebsstange 42 angelenkt. Der Bereich des Rohres 56 mit grösserem Durchmesser bildet somit einen mit dem Kolben 74 zusammenwirkenden Zylinder 78.
Der Kolben 74 weist grossflächige axiale Strömungsdurchlässe 80 auf, die von einem ringscheibenartigen Ventilkörperelement 82 freigebbar verschlossen sind. Das Ventilkörperelement 82 ist auf der dem Ausblasraum 72 zugewandten Seite des Kolbens 74, welcher als Ventilsitz wirkt, angeordnet und über Druckfedern 84 in Schliessstellung vorgespannt. Der Kolben 74 und das Ventilkörperelement 82 bilden somit ein Rückschlagventil mit freiem Durchlass vom vom Schalterkessel 18 und Deckel 20 begrenzten Umgebungsraum 86 in den Ausblasraum 72. Selbstverständlich kann anstelle des Rückschlagventils ein entsprechendes Flatterventil vorgesehen sein. Das antriebsseitige Ende des Rohres 56 ist von einer die Antriebsstange 42 mit Abstand umgreifenden Haube 88 überdeckt, um die dielektrischen Eigenschaften zu verbessern.
Der Pumpkolben 62 ist von einem rohrartigen Pumpzylinder 90 umgriffen, der ebenfalls den Zylinderboden 66 umgreift und an diesem befestigt ist. Der Pumpzylinder 90, der Zylinderboden 66 und Pumpkolben 62 begrenzen einen Pumpraum 92, der beim Ausführen eines Ausschalthubes in Pfeilrichtung A aus der in der Fig. 1 und Fig. 2 oben gezeigten Einschaltstellung in die in der Fig. 2 unten gezeigte Ausschaltstellung unter Druck setzbar ist.
Der Pumpraum 92 kommuniziert über Strömungsöffnungen 94 im Zylinderboden 66 mit dem Einlass einer aus Isolierstoff bestehenden Blasdüse 96, die am Zylinderboden 66 in bekannter Art und Weise befestigt ist und das bewegliche Kontaktstück 50 umgibt. In Einschaltstellung ist die Blasdüse 96 vom rohrartigen festen Kontaktstück 46 durchdrungen, welches mit seinem freien Endbereich in den axialen Durchlass 68 des beweglichen Kontaktstücks 50 eingreift und mit letzterem zusammenwirkt. In einer Hinterschneidung des tulpenartigen beweglichen Kontaktstücks 50 ist ein ringartiger Strömungskörper 98 aus Isolierstoff, beispielsweise Teflon, vorgesehen, um Strömungsverluste durch Schlitze im beweglichen Kontaktstück 50 zu vermeiden und die Strömungsverhältnisse im axialen Durchlass 68 und somit das Löschverhalten für den Lichtbogen zu verbessern.
Der Pumpzylinder 90 ist von einem Kontaktring 100 umgriffen, von dem ein Tragarm 102 absteht, der an seinem freien Ende ein am Kontaktelement 30' mittels einer Schraube befestigtes Gegenkontaktelement 104 trägt. Der Kontaktring 100 ist von einem kronenartigen Gleitkontaktstück 106 mit selbstfedernden, in axialer Richtung über den Kontaktring 100 vorstehenden, am Pumpzylinder 90 anliegenden Gleitkontaktfingern 106' umgriffen, wobei das Gleitkontaktstück 106 von einer Ringhaube 108 überdeckt ist, welche zwischen sich und dem Kontaktring 100 das Gleitkontaktstück 106 festklemmt.
Das feste Kontaktstück 46 ist mit seinem, dem zweiten Schaltelementteil 44' abgewandten Endbereich in ein Kontaktrohr 110 eingeschraubt, das seinerseits an einem zentralen Umlenkstutzen 112 einer das Kontaktrohr 110 und das feste Kontaktstück 46 mit Abstand umgreifenden Abschirmhaube 114 befestigt ist. Von dieser Abschirmhaube 114 stehen radial gegen innen Rippen 114' ab, die ein das feste Kontaktstück 46 und das Kontaktrohr 110 mit Abstand umgreifendes, rohrartiges Kontakttragelement 116 tragen. Der dem zweiten Schaltelementteil 44' zugewandte Endbereich des Kontakttragelements 116 ist von einem weiteren Gleitkontaktstück 118 mit über das Kontakttragelement 116 vorstehenden Gleitkontaktfingern 118' umgriffen, welches von einer Ringhaube 108' überdeckt ist, welche das Gleitkontaktstück 118 zwischen sich und dem Kontakttragelement 116 festklemmt. Das Kontakttragelement 116 ist im Bereich des Gleitkontaktstücks 118 gleich ausgebildet wie der Kontaktring 100 und das Gleitkontaktstück 118 sowie die Ringhaube 108' weisen einen gleichen Aufbau auf wie das Gleitkontaktstück 106 und die Ringhaube 108. Das Gleitkontaktstück 118 wirkt mit dem Pumpzylinder 90 bei eingeschaltetem Schalter zum Führen des Dauerstroms zusammen.
Der Pumpkolben 62 ist mit Durchlässen 120 versehen, die den Pumpraum 92 mit dem Umgebungsraum 86 und mit dem Ausblasraum 72 verbinden. Diese Durchlässe 120 sind durch Ventilmittel 122 verschlossen, die beim Einschalten selbsttätig öffnen, um dabei sowohl den Ausblasraum 72 als auch den Pumpraum 92 mit dem Umgebungsraum 86 strömungsmässig zu verbinden.
Zwei Ausbildungsformen des Pumpkolbens 62 mit unterschiedlich angeordneten Durchlässen 120 und unterschiedlich ausgebildeten Ventilmitteln 122 sind in den Fig. 3 und 4 vergrössert gezeigt. Oberhalb der Horizontalachse 16 ist der Druckgasschalter 12 jeweils gegen Ende eines Einschalthubes entgegen Pfeilrichtung A und unterhalb der Horizontalachse 16 jeweils in der Ausschaltstellung gezeigt. Bei beiden Ausbildungsformen weisen die Ventilmittel 122 zwischen dem Pumpraum 92 und dem Umgebungsraum 86 ein erstes Ventil 124 und bei der Ausbildungsform gemäss Fig. 3 zwischen dem Ausblasraum 72 und dem Pumpraum 92 bzw. bei der Ausbildungsform gemäss Fig. 4 zwischen dem Ausblasraum 72 und dem Umgebungsraum 86 ein zweites Ventil 126 auf.
Der Pumpkolben 62 gemäss Fig. 3 ist mit in axialer Richtung verlaufenden, radial ausserhalb des Rohres 56 angeordneten, im Querschnitt nieren- bzw. langlochartigen ersten Durchlässen 128 und mit radial innerhalb des Rohres 56 angeordneten, im Querschnitt ebenfalls nieren- bzw. langlochartigen zweiten Durchlässen 130 versehen. Die ersten Durchlässe 128 verbinden somit den Pumpraum 92 mit dem Umgebungsraum 86 und durch die zweiten Durchlässe 130 ist der Pumpraum 92 mit dem Ausblasraum 72 verbunden. Der pumpraumseitig ebene Pumpkolben 62 wirkt mit einer ebenen, plattenartigen, die ersten und zweiten Durchlässe 128,130 überdeckenden Ringscheibe 132 zusammen. Der Pumpkolben 62 bildet somit die Ventilsitze 134 und 134' des ersten bzw. zweiten Ventils 124,126, deren Ventilkörper 136,136' durch die Ringscheibe 132 gebildet ist. Der Druck im Pumpraum 92 wirkt auf die als Ventilkörper 136,136' wirkende Ringscheibe 132 in schliessender und der Druck im Ausblasraum 72 durch die zweiten Durchlässe 130 in öffnender Richtung.
Die Ringscheibe 132 ist in Schliessrichtung durch die Druckfedern 138 vorgespannt, die sich einerends am Pumpkolben 62 auf der dem Ausblasraum 72 zugewandten Seite und andernends an einem einen Schaft 140 durchdringenden Spreizstift 142 abstützt. Jeder Schaft 140 durchdringt in Achsialrichtung den Pumpkolben 62 und die Ringscheibe 132 und stützt sich diesseits mit seinem angeformten Kopf 140' an der Ringscheibe 132 ab. Der Querschnitt der ersten Durchlässe 128 ist mindestens gleich gross oder grösser als der Querschnitt der zweiten Durchlässe 130.
Das den Pumpkolben 62 mittig durchdringende Rohr 56 ist an jenem über einen Gleitring 144 dichtend gleitend geführt.
Bei der in der Fig. 4 gezeigten Ausbildungsform sind die Ventilsitze 134,134' für das erste bzw. zweite Ventil 124, 126 in axialer Richtung hintereinander am Pumpkolben 62 angeformt. Der ringartige Pumpkolben 62 umgreift mit Abstand das Ausblasrohr 64, so dass ein sich vom Ausblasraum 72 in den Pumpraum 92 stufenartig erweiterter Kolbendurchlass 146 bildet. Zwischen diesen stufenartigen Erweiterungen mündet der Kolbendurchlass 146 in radialer Richtung in den Umgebungsraum 86. Im Kolbendurchlass 146 ist ein ringscheibenartiger Ventilkörper 148 vorgesehen, der von einem das Ausblasrohr 64 umgreifenden und an diesem verschiebbar gelagerten Ringkörper 150 in radialer Richtung nach aussen absteht. Dieser Ventilkörper 148 teilt den Kolbendurchlass 146 in zwei gestrichelt angedeutete Pfade auf, wobei der erste Pfad 152 den Pumpraum 92 mit dem Umgebungsraum 86 und der zweite Pfad 152' den Ausblasraum 72 mit dem Umgebungsraum 86 verbindet. Am Ringkörper 150 ist bezüglich dem Ventilkörper 148 in axialer Richtung gegen den Pumpraum 92 hin versetzt ein zweiter scheibenringartiger Ventilkörper 148' angeformt. Jeder dieser Ventilkörper 148, 148' wirkt mit seinem radial äusseren Endbereich mit einer entsprechenden Stufe 154,154' des Pumpkolbens 62 zusammen. Diese Stufen 154,154' sind somit die Ventilsitze des ersten Ventils 124 zwischen dem Pumpraum 92 und dem Umgebungsraum 86, sowie des zweiten Ventils 126 zwischen dem Ausblasraum 72 und dem Umgebungsraum 86.
In am Pumpkolben 62 angeformte Haltenasen 156, die in Richtung gegen den Kolbendurchlass 146 bezüglich dem zweiten Ventil 126 auf der dem Ausblasraum 72 zugewandten Seite vorstehen, sind Schrauben 158 eingewindet, die mit ihrem Schaft und Kopf 158' in am Ringkörper 150 angeformte Ausnehmungen 150' hineinragen und deren Schaft von einer Druckfeder 160 umgeben ist, die sich einerends am Kopf 158' und andernends beim Boden der Ausnehmung 150' am Ringkörper 150 abstützt. Ueber diese Druckfedern 160 sind die Ventilkörper 148,148' in Schliessrichtung vorgespannt. Der Ringkörper 150 ist über zwei Gleitringe 144' am Ausblasrohr 64 in Richtung der Achse 16 verschiebbar und dichtend gelagert.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass bei beiden in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen der Pumpkolben 62 am Rohr 56 angeformt ist. Umfangsseitig ist der Pumpkolben 62 jeweils von einem Dichtring 162 umgriffen, um den Pumpzylinder 90 am Pumpkolben 62 gleitend zu führen, gleichzeitig diese Teile gegeneinander elektrisch zu isolieren und Ausströmen von Druckgas aus dem Pumpraum 92 zu verhindern. Der Zylinder 90 seinerseits ist vom Kontaktring 100 mit dem Gleitkontaktstück 106 und der Ringhaube 108 umgriffen. Wie dies jeweils die unter der Horizontalachse 16 dargestellte Ausschaltstellung zeigt, sind das Ausblasrohr 64, die aus Isolierstoff, beispielsweise Teflon, gefertigte Blasdüse 96 und das bewegliche Kontaktstück 50 mit dem Zylinderboden 66 verschraubt. Aus diesen Figuren ist auch gut erkennbar, dass der vom beweglichen Kontaktstück 50 umgriffene Strömungskörper 98 die Schlitze in diesem Kontaktstück 50 überdeckt.
Ist der Druckgasschalter 12 eingeschaltet, wie dies in der Fig. 1, sowie in den Fig. 2-4 jeweils oberhalb der Horizontalachse 16 gezeigt ist, fliesst der grösste Teil des Stromes vom ersten Anschlussleiter 24 durch das Kontaktelement 30 zur Abschirmhaube 114, durch deren Rippen 114' zum Kontakttragelement 116 und über das Gleitkontaktstück 118 zum Pumpzylinder 90, von diesem durch das Gleitkontaktstück 106, den Kontaktring 100, Tragarm 102 zum Gegenkontaktelement 104, welches mit dem Kontaktelement 30' verbunden ist und dem Strom zum zweiten Anschlussleiter 24' leitet. Der verbleibende wesentlich kleinere Stromanteil fliesst von der Abschirmhaube 114 durch das Kontaktrohr 110, das feste und das bewegliche Kontaktstück 46,50 und den Zylinderboden 66 zum Pumpzylinder 90. Da die Ueberlappung des Gleitkontaktstücks 118 und des Pumpzylinders 90 kleiner ist als die Ueberlappung des festen und des beweglichen Kontaktstücks 46,50, kommutiert der Strom sobald sich beim Ausschalten der Pumpzylinder 90 vom Gleitkontaktstück 118 trennt, auf die Kontaktstücke 46,50. Der beim nachfolgenden Trennen dieser Kontaktstücke 46,50 entstehende Lichtbogen wird mit dem im Pumpraum 92 unter Druck gesetzten Löschgas beblasen und von diesem gelöscht.
Die spezifische Funktionsweise des oben beschriebenen Druckgasschalters 12 bei den verschiedenen Schalthandlungen ist wie folgt.
Beim Einschalten wird das bewegliche Kontaktstück 50 zusammen mit der Blasdüse 96 dem Pumpzylinder 90, Ausblasrohr 64 und Kolben 74 entgegen Pfeilrichtung A in die Einschaltstellung bewegt. Dabei wird der Pumpraum 92 vergrössert und der Ausblasraum 72 verkleinert. Der dadurch entstehende Ueberdruck im Ausblasraum 72 und Unterdruck im Pumpraum 72 haben zur Folge, dass die Ringscheibe 132 vom als Ventilsitz wirkenden Pumpkolben 62 (Fig. 3) bzw. die Ventilkörper 148,148' von den entsprechenden, am Pumpkolben 62 ausgebildeten als Ventilsitze wirkenden Stufen 154,154' (Fig. 4) abgehoben werden und gleichzeitig die entsprechenden Durchlässe 120,128,130,146 und Pfade 152, 152' freigeben. Da die Druckfedern 138 und 160 sehr schwach ausgebildet sind, wird zum Oeffnen der Ventile 124,126 äusserst wenig Energie benötigt. Beim Einschalten bleibt das Rückschlagventil im Kolben 74 geschlossen. Sobald der Druckgasschalter 12 eingeschaltet ist und der Druckausgleich zwischen dem Umgebungsraum 86 und dem Ausblasraum 72 und Pumpraum 92 beendet ist, schliessen das erste und zweite Ventil 124,126 aufgrund der Federvorspannung gleichzeitig.
Beim Ausschalten werden das bewegliche Kontaktstück 50 und die mit diesem mitbewegten Teile aus der Einschaltstellung in Pfeilrichtung A um einen Schalthub in die Ausschaltstellung verbracht. Dabei wird der Pumpraum 92 verkleinert und der Ausblasraum 72 vergrössert, wobei infolge der grösseren Fläche des Kolbens 74 bezüglich der Fläche des Pumpkolbens 62 die Zunahme des Ausblasraums 72 grösser ist als die Verkleinerung des Pumpraums 92. Bis zum Trennen des beweglichen Kontaktstücks 50 vom festen Kontaktstück 46 kann praktisch kein oder nur sehr wenig Druckgas aus dem Pumpraum 92 ausströmen. Um in dieser Phase Unterdruck im Ausblasraum 72 und damit Energieverlust zu vermeiden, gibt das Ventilkörperelement 82 die Strömungsdurchlässe 80 im Kolben 74 frei. Das erste und zweite Ventil 124,126 sind infolge des erzeugten Ueberdrucks im Pumpraum 92 geschlossen.
Ist nun kein oder nur ein kleiner Strom zu unterbrechen, wird das nach der Trennung der beiden Kontaktstücke 46 und 50 aus dem Pumpraum 92 ausströmende Gas nicht oder nur sehr wenig aufgeheizt. Weiter strömt nur ein Teil dieses Gases durch den axialen Durchlass 68 des beweglichen Kontaktstücks 50 und das Ausblasrohr 64 in den Ausblasraum 72 und der andere Teil des Gases strömt durch das feste Kontaktstück 46 und die Blasdüse 96 direkt in den Umgebungsraum 86. Da die in den Ausblasraum 72 strömende Löschgasmenge den Unterdruck im Ausblasraum 72 nicht zu kompensieren vermöchte, bleibt das Rückschlagventil im Kolben 74 weiter offen, um Unterdruck im Ausblasraum 72 und damit vom Antrieb 34 aufzubringende Mehrenergie zu vermeiden.
Beim Ausschalten grosser Ströme wird hingegen das im Pumpraum 92 unter Druck gesetzte und aus diesem ausströmende Löschgas stark aufgeheizt, was zu einer erheblichen Druckerhöhung im Ausblasraum 72 bezüglich dem Umgebungsraum 86 führt, obwohl nur ein Teil des Löschgases durch den axialen Durchlass 68 und das Ausblasrohr 64 in den Ausblasraum 72 strömt. Da das Rückschlagventil im Kolben 74 nun geschlossen ist, unterstützt der Ueberdruck im Ausblasraum 72 gegenüber dem Druck im Umgebungsraum 86 den Antrieb. Obwohl dabei der Druck im Ausblasraum 72 die Ringscheibe 132 bzw. den Ventilkörper 148 in Oeffnungsrichtung beaufschlagt, bleibt das zweite Ventil 126 geschlossen, weil die Ringscheibe 132 (Fig. 3) bzw. der Ventilkörper 148' (Fig. 4) pumpraumseitig mit höherem Druck beaufschlagt sind. Weiter ist die mit dem Druck im Pumpraum 92 beaufschlagte aktive Fläche der Ringscheibe 132 grösser als die mit dem Druck im Ausblasraum 72 beaufschlagte, aktive Fläche; dies trifft auch entsprechend bei der Ausbildungsform gemäss Fig. 4 für die starr miteinander verbundenen Ventilkörper 148' und 148 zu.
Es ist auch denkbar, im Kolben 74 keine Strömungsdurchlässe 80 vorzusehen. Dies hat auf die Wirkungs- und Funktionsweise des ersten und zweiten Ventils 124,126 überhaupt keinen Einfluss. Einzig wird beim Ausschalten ohne oder mit nur kleinem Strom im Ausblasraum 72 Unterdruck erzeugt, was vom Antrieb 34 mehr Energie erfordert.
Es ist selbstverständlich auch denkbar, das Blaskolbenschaltelement in einem Druckgasschalter zu verwenden, dessen Umgebungsraum von einem Isolator begrenzt ist.

Claims

Druckgasschalter mit einem festem und einem beweglichen, in einem ein Löschgas aufweisenden Umgebungsraum (86) angeordneten Kontaktstück (46, 50), wobei das bewegliche Kontaktstück (50) mit einem von seinem freien Ende ausgehenden axialen Durchlass (68) versehen und von einer in Einschaltstellung durch das feste Kontaktstück (46) durchdrungenen Blasdüse (96) umgeben ist, deren Einlass mit einem bei einem Ausschalthub (A) unter Druck setzbaren, durch einen Pumpzylinder (90) und einen Pumpkolben (62) begrenzten Pumpraum (92) kommuniziert, der axiale Durchlass (68) im vom freien Ende des beweglichen Kontaktstücks (50) abgekehrten Endbereich in einen, bei einem Ausschalthub (A) sich vergrössernden Ausblasraum (72) mündet, der durch einen Zylinder (78) und einen mit dem beweglichen Kontaktstück (50) mitbeweglichen Kolben (74) begrenzt ist, und selbsttätige Ventilmittel (122) vorgesehen sind um beim Einschalten den Ausblasraum (72) und den Pumpraum (92) miteinander und mit dem Umgebungsraum (86) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilmittel (122) zwischen dem Pumpraum (92) und dem Umgebungsraum (86) ein erstes Ventil (124) und zwischen dem Ausblasraum (72) und dem Pumpraum (92) oder Umgebungsraum (86) ein zweites Ventil (126) aufweisen, der Ueberdruck im Pumpraum (92) auf den Ventilkörper (132, 136, 148') des ersten Ventils (124) in schliessender und der Ueberdruck im Ausblasraum (72) auf den Ventilkörper (132, 136', 148) des zweiten Ventils (126) im öffnender Richtung wirken, und die Ventilkörper (132,136,136',148,148') dieser Ventile (124, 126) in schliessender Richtung federbelastet und miteinander gekoppelt sind, um bei geschlossenem ersten Ventil (124) das zweite Ventil (126) geschlossen zu halten.
Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörper (132, 136, 136', 148, 148') starr miteinander verbunden sind.
Druckgasschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventile (124, 126) koaxial zueinander angeordnet sind.
Druckgasschalter nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpraum (92) und der Ausblasraum (72) in axialer Richtung hintereinander angeordnet und durch den, vorzugsweise ortsfesten Pumpkolben (62) voneinander getrennt sind, und dass der Pumpkolben (62) Durchlässe (120) aufweist, die den Pumpraum (92) mit dem Umgebungsraum (86) und mit dem Ausblasraum (72) verbinden und mittels der Ventilkörper (132, 136, 136', 148, 148') freigebbar verschlossen sind.
Druckgasschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkolben (62) den Pumpraum (92) mit dem Umgebungsraum (86) verbindende erste Durchlässe (128) und den Pumpraum (86) mit dem Ausblasraum (72) verbindende zweite Durchlässe (130) aufweist, die Ventilsitze (134, 134') der beiden Ventile (124, 126) am Pumpkolben (62) auf der dem Pumpraum (92) zugewandten Seite in einer Ebene angeordnet sind und der beiden Ventilen (124, 126) gemeinsame Ventilkörper (136, 136') als Platte (132) ausgebildet ist.
Druckgasschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkolben (62) den Pumpraum (92) mit dem Umgebungsraum (86) verbindende erste Durchlässe (152) und den Ausblasraum (72) mit dem Umgebungsraum (86) verbindende weitere Durchlässe (152') aufweist, die Ventilsitze (154, 154') der beiden Ventile (124, 126) am Pumpkolben (62) in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, und vorzugsweise die Ventilkörper (148, 148') ringscheibenartig an einem in axialer Richtung verschiebbaren Ringkörper (150) angeformt sind.
Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Fläche des Ventilkörpers (132, 136, 148') des ersten Ventils (124) wenigstens gleich gross, vorzugsweise grösser ist als die aktive Fläche des Ventilkörpers (132, 136', 148) des zweiten Ventils (126).
Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausblasraum (72) mit dem Umgebungsraum (86) über ein, vorzugsweise grossflächiges Rückschlag- oder Flatterventil (82) mit freiem Durchlass vom Umgebungsraum (86) in den Ausblasraum (72) verbindbar ist.