DE2406150A1 - Druckgasschalter - Google Patents

Description

Druckgasschalter

Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter, mit einem feststehenden Kontaktstück/ einem beweglichen Kontaktstück, das von einer mitbeweglichen Blasdüse umgeben ist, die" ' einlassseitig mit einem durch die Ausschaltbewegung unter Druck setzbaren Kompressionsraum für ein Löschgas in Verbindung steht und mit einem entlang des feststehenden Kontaktstückes geführten, elektrisch leitfähigen Abschirmkörper, der mittels der Blasdüse bei der Einschaltbewegung aus seiner in Ausschaltstellung das feste Kontaktstück umgebenden Lage verschiebbar ist.

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Bei einem bekannten Druckgasschalter dieser Art (deutsche Offenlegungsschrift Nr. 2.140.284) ist der Abschirmkörper hülsenartig und an seinem den beweglichen Kontaktstück zugekehrten Ende derart geformt, dass er in Ausschaltstellung des Schalters das freie Ende des rohrförmigen,beiderends offenen, feststehenden Kontaktstückes in der Art eines verrundeten Bechers ohne Boden umschliesst.

In der Ausschaltstellung ergänzt somit der Abschirmkörper mit seinen glatten Aussenflächen das feststehende Kontaktstück zu einer Art Elektrode, die keine scharfkantigen Vorsprünge mehr aufweist, welche ihrerseits - bei der nach der Löschung des Lichtbogens auftretenden wiederkehrenden Spannung - eine örtlich derart hohe Feldstärke im entstehenden Feld zur Folge hätten, die ein erneutes Zünden des Lichtbogens bewirken könnten.

In der Einschaltstellung dagegen ist bei dem bekannten Schalter der Abschirmkörper durch die Blasdüse in einer bezüglich des feststehenden Kontaktstückes zurückgeschobenen Stellung gehalten. Zu Beginn der Ausschaltbewegung folgt sodann der federbelastete Abschirmkörper der mit dem beweglichen Kontaktstück mitbeweglichen Blasdüse, bis er seine zuvor beschriebene Lage einnimmt. Während dieser"Zeit soll er die Abdichtung der Blasdüse gegenüber dem feststehenden Kontaktstück verbessern, so dass die Wirkung der mit der Ausschaltbewegung einsetzenden Komprimierung des Löschgases im Kompressionsraum verbessert werden soll.

In der zweiten Phase der Ausschaltbewegung, d.h. nachdem der Abschirmkörper seine Ausschaltlage bereits erreicht hat,

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setzt sodann die Beblasung des Lichtbogens eins, wobei die ionisierten Schaltgase axial durch das rohrförmige, feststehende Kontaktstück ausgestossen werden.

Gerade durch die im wesentlichen axiale Beblasung des Lichtbogens und durch die axiale Ausstossung der Schaltgase durch das feststehende Kontaktstück hindurch wird der Lichtbogen vom feststehenden Kontaktstück auf den dieses satt umgebenden Abschirmkörper abgedrängt. Dadurch wird ausgerechnet der Abschirmkörper, dessen Aufgabe unter anderem darin besteht, durch seine glatten Aussenflachen das Entstehen von über der Durchschlagsfestigkeit der vorhandenen Gase liegenden Feldstärken zu verhüten, sozusagen zur "Abbrennelektrode" und seine Aussenflachen genügen schon nach wenigen Ausschaltungen der ihnen zugedachten Aufgabe nicht mehr, weil sie dann zum Teil mit ΖμηαθΓ bzw. mit Schmelzperlen behaftet sind.

Bei einem anderen, vergleichbaren, bekannten Druckgasschalter (deutsche Offenlegungsschrift Nr. 1.665.182) ist der "Abschirmkörper" aus einem Isolierstoff und umgibt dichtend, jedoch verschiebbar den Schaft des feststehenden Kontaktstückes. Bei diesem Schalter wirkt somit der "Abschirmkörper" lediglich als Verschlusstopfen der Blasdüse, der diese'in den Anfangsphasen der Ausschaltbewegung verschlossen hält, um die Wirkung der Vorkompression im Kompressionsraum zu verbessern. Der "Abschirmkörper" dieses Schalters kann somit gar keine "Abschirm"-Funktion bezüglich des beim Ausschaltvorgang entstehenden elektrischen Feldes erfüllen. Würde er dagegen aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt,

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dann ergäbe sich praktisch derselbe technische Sachverhalt, wie beim zuerst beschriebenen, bekannten Druckgasschalter.

Bei diesem Stand der Technik ist es eines der Anliegen der Erfindung, einen Druckgasschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der bei dem Ausschaltvorgang sozusagen unvermeidliche Lichtbogen nach wie vor durch Beblasung gelöscht wird, dabei aber bis zur Löschung zwangsläufig auf die Strecke zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Kontaktstück beschränkt bleibt und nicht auf den Abschirmkörper abgedrängt werden kann, wobei der letztere dennoch in seiner Ausschaltstellung eine Entstehung von die Rückzündung begünstigenden hohen Feldstärken verhindert.

Zu diesem Zweck wird ein Druckgasschalter der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen dem feststehenden Kontaktstück und dem Abschirmkörper in Ausschaltstellung ein durchblasbarer Mantelraum vorgesehen ist, dessen einlassseitiger Innendurchmesser praktisch mit einem vom Auslassdiffusor der Blasdüse gebildeten Blaskegel fluchtet.

Dabei kann der Abschirmkörper mindestens einen, zum feststehenden Kontaktstück koaxialen Ring aufweisen, der ah sich vom beweglichen Kontaktstück weg erstreckenden Stäben aufgehängt ist. In Ausschaltstellung kann dieser Ring zweckmässig mit dem freien Ende des festen Kontaktstückes in einer Ebene liegen, oder diesem vorgelagert sein, je nach der Form und dem Verlauf, den man dem elektrischen Feld im Schalter nach Erreichen seiner Ausschaltstellung geben will.

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Zweckmässig weist der Ring ein in seiner Ebene gestrecktes, allseitig abgerundetes Querschnittsprofil auf, dessen die Innenfläche des Ringes bildende Innenseite die gleiche oder eine grössere Divergenz wie der Auslassdiffusor der Blasdüse aufweist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung, in der ein Längsschnitt durch einen Teil eines Druckgasschalters dargestellt ist. Dabei ist zu beachten, dass die linke Hälfte der Zeichnung den Druckgasschalter in Einschaltstellung, und die rechte Hälfte den Druckgasschalter in Ausschaltstellung zeigt.

Vom dargestellten Druckgasschalter 10 sind lediglich die für die Erfindung wichtigeren Teile dargestellt, während z.B. die Anschlüsse, der Antriebsmechanismus und die Tragkonstruktion (z.B. der Wagen) nicht dargestellt sind.

In einem zylindrischen Schaltergehäuse 11 ist ein Führungszylinder 12 angeordnet, der zur Führung eines die beweglichen Schaltstücke tragenden Pumpzylinders 13 dient. An seinem unteren Ende ist der Pumpzylinder 13 mit einem eingepassten Boden 14 abgeschlossen, an dem ein Gelenkauge 15 angeformt ist, an welchem das Antriebsgestänge (nicht dargestellt) angreift. Ausserdem sind am Boden 14 Lageraugen 16 mit darin drehbar gelagerten Rollen 17 vorhanden, die an der Innenwand des Führungszylinder 12 anliegen. Im Inneren des Pumpzylinders 13 ist ein über Säulen 18 auf dem Führungszylinder 12 abgestützter Pumpkolben 19 angeordnet, der dank

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einem Kolbenring 20 dichtend an der Innenseite des Pumpzylinders 13 anliegt. Obernends ist der Pumpzylinder 13 durch einen metallischen Flansch 21 abgeschlossen, auf dem eine mehrteilige Blasdüse 22 befestigt ist. Die Blasdüse 22 umgibt ihrerseits einen zentralen, ebenfalls am Flansch 21 befestigten Kontaktstift 2 3 und ist von einer Kontakthülse 24 umgeben, die mittels Bolzen 25 am Flansch 21 verankert ist und mit ihrem nach einwärts gebogenen, oberen Ende 26 eine am Aussenumfang der Blasdüse 22 ausgebildete Schulter 27 übergreift.

Die Blasdüse 22 ist, wie aus der Zeichnung hervorgeht, im wesentlichen aus drei Isolierstoffkörpern aufgebaut. Sie weist einen äusseren Düsenkörper 28, einen mittleren Düsenkörper 29 und einen inneren Düsenkörper 30 auf, die zusammen zwei zum Kontaktstift 23 hin konvergierende, koaxiale Düsenkanäle 31,32 bilden. Der innenliegende Düsenkanal 32 ist über mehrere Rückschlagventile 33 mit der dem Pumpkolben 19 zugekehrten Seite des Flansches 21 verbunden, während der äussere Düsenkanal 31 über mehrere Oeffnungen 34 mit dieser Seite des Flansches verbunden ist. Der Flansch 21 trägt an seiner dem Pumpkolben 19 zugekehrten Seite einen becherförmigen nach unten offenen Schurz 35, der am Ende des Kompressionshubes des Pumpzylinders 13, d.h. am Ende der Ausschaltbewegung, in eine ringförmige, stirnseitig am Pumpkolben 19 ausgebildete Nut 36 eingreift und damit den Kompressionsraum 37 des Pumpzylinders 13 in zwei Abschnitte unterteilt, von denen, dank des Rückschlagventiles 33, der innere gegen die Beaufschlagung durch ionisierte Schaltgase gesichert ist, wenn vor dem Löschen des Lichtbogens der Gasdruck in der Blasdüse 22 mo-

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mentan den Druck im Kompressionsraum 37 übersteigen sollte.

Die engste Stelle 38 der Blasdüse 22 folgt auf das Ende der beiden Düsenkanäle 31, 32 und ist der Spitze des Kontaktstiftes 23 unmittelbar vorgelagert. In der Blasdüse 22 schliesst an die engste SteTle 38 ein vom äusseren Düsenkörper 28 allein begrenzter Diffusor 39 an, der für die Führung der durch die Düsenkanäle 31, 32 am Kontaktstift 23 vorbei und durch die engste Stelle 38 strömenden Gase massgebend ist, die somit einen abströmenden Blaskegel bilden.

Den bisher beschriebenen beweglichen Teilen des Schalters koaxial gegenüber sind die ortsfesten Kontaktteile angeordnet. Am verdickten unteren Ende 40 eines durch nicht näher dargestellte Mittel ortsfest im Schaltergehäuse 11 befestigten Leiterrohres 41 sind mittels Bolzen 42 federnde Leistungskontakte 43 verankert, die, wie in der linken Hälfte der Zeichnung dargestellt, in Einschaltstellung mit der Mantelfläche der Kontakthülse 24 in Eingriff gelangen. Dieses untere Ende 40 des Leiterrohres 41 ist ausserdem noch mit einem Abschirmblech 44 abgedeckt.

Im Inneren des Leiterrohres 41 ist an Vorsprüngen 45 mittels Bolzen 46 das eine Ende 47 eines Kontaktstückes 48 befestigt, das gegen sein unteres Ende hin trichterförmig in eine Kontaktbuchse 49 ausläuft, deren freies Ende 50 den Leistungskontakten 43 bzw. dem Abschirmblech 44 in Richtung zum Kontaktstift 23 bzw. der Kontakthülse 24 vorgelagert ist.

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In Lagerösen 51, die an der äusseren Mantelfläche des Kontaktstückes 48 angeformt sind, ist je ein Stab 52 längsverschiebbar geführt. Die oberen Enden der Stäbe 52 sind mittels eines mit diesen verlöteten Ringes 53 zusammengehalten, der zugleich als Widerlager für eine Druckfeder 57 dient, die das Bestreben hat, die Stäbe nach unten zu verschieben. An ihrem anderen Ende ist an den Stäben 52 ein Abschirmkörper in Form einer Ringelektrode 54 aufgehängt. Wie insbesondere aus der linken Hälfte der Zeichnung hervorgeht, besitzt diese Ringelektrode 54 einen in ihrer Ebene langgestreckten, allseits abgerundeten Querschnitt, wobei dem auslassseitigen, abgesetzten Aussendurchmesser des Düsenkörpers 28 ihr Innendurchmesser etwa entspricht und derart profiliert ist, dass er mit dem Kegel des Diffusors fluchtet.

Zwischen dem Innendurchmesser der Ringelektrode 54 (in Ausschaltstellung, rechts in der Zeichnung) und dem freien Ende 50 der Kontaktbuchse 49 bleibt somit ein Ringspalt 55 frei, der zu einem Mantelraum 56 führt, welcher seinerseits von dem durch den Diffusor 39 gebildeten Blaskegel durchblasbar ist.

Es ist zu beachten, dass in der Ausschaltstellung beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Ringelektrode 54 und das freie Ende 50 der Kontaktbuchse 49 in einer Ebene liegen, da der Ring 53 zugleich als mit den Lagerösen 51 zusammenwirkender Anschlagring dient, der die mit der Ausschaltbewegung einsetztende und, wie noch zu beschreiben sein wird, der Blasdüse 22 folgende Abwärtsbewegung der Stäbe 52 und mithin der Ringelektrode 54 begrenzt. Bei dieser Anordnung, aber auch

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falls die Ringelektrode 54 etwas über das freie Ende 50 der Kontaktbuchse 49 vorsteht, oder von diesem zurücksteht, ergibt sich in der Ausschaltstellung durch die wiederkehrende Spannung ein sehr homogenes, elektrisches Feld, das keine derart hohe Feldstärkengradienten aufweist, die einen lokalen Zusammenbruch des Feldes und mithin einen Rückzünder verursachen könnte. Insbesondere sind durch die Ringelektrode 54 die relativ scharfkantigen Leistungskontakte 43 gegegenüber 'der Kontakthülse 24 besser abgeschirmt als dies durch das Abschirmblech 44 allein möglich wäre.

Bei der Ausschaltbewegung, die wie gewohnt schlagartig erfolgt, spielen sich, ausgehend von der in der Zeichnung links dargestellten Einschaltlage, folgende Vorgänge ab. Die Blasdüse 22 und mit ihr die beweglichen Kontaktteile 24 und 23 senken sich ab, wobei die Ringelektrode 54 unter der Wirkung der Druckfeder 57 dem Auslassende der Blasdüse 22 folgt. Nach etwa einem Viertel des mit dem Buchstaben H bezeichneten Hubes des Schalters gelangt die Kontakthülse 24 ausser Eingriff mit den Leistungskontakten 43. Von diesem Moment an erfolgt der Stromdurchgang nur noch vom Kontaktstift 23 auf die von diesem vollständig· ausgefüllte Kontaktbuchse 49. Die engste Stelle 38 der Blasdüse 22 umgibt noch praktisch dicht die Mantelfläche der Kontaktbuchse 49 und im Kompfessionsraum 37 hat sich bereits eine Vorkomprimierung des hier vorhandenen Löschgases, z.B. Schwefel-Hexa-Fluorid, ergeben. Dieses Löschgas kann aber noch nicht in erheblichen Mengen durch die Oeffnungen 34 oder durch die Rückschlagventile 33 entweichen. Nach etwas weniger als der Hälfte des Hubes H gelangt auch der Schaltstift 2 3 ausser Eingriff mit der Kontaktbuchse 49 und der entstehende Lichtbogen wird in diesem Augenblick intensiv durch das in den Düsenkanälen 32 und 31

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zuströmende Löschgas beblasen, wobei die Löschgase zunächst axial durch die Buchse 49 abgeführt werden. Unmittelbar darauf gibt die engste Stelle 38 der Blasdüse 22 das freie Ende 50 der Kontaktbuchse 49 frei,und der Gasstrom bestreicht nun ebenfalls die äussere Mantelfläche der Kontaktbuchse 49 und verhindert somit ein Verdrängen des Lichtbogens auf die Leistungskontakte 43 bzw. auf die immer noch auf der Blasdüse abgestützte Ringelektrode 54. Da der Kompressionsraum 37 nach Massgabe der Abwärtsbewegung des Pumpzylinders 13 immer kleiner wird, erfolgt eine stetige Blaswirkung, wobei der aussen an der Kontaktbuchse 49 vorbeistreichende Anteil des Löschgases zunehmend grosser wird. Schon vor dem Erreichen der Ausschaltstellung (rechts in der Figur) gelangt die Ringelektrode 54 durch das Anschlagen des Ringes 53 auf die Lagerösen 51 in ihre Endsteilung,während die Blasdüse noch um eine kurze Strecke nach unten weiter bewegt wird. Der kräftige Blasstrom durch den Ringspalt 55 in den Mantelraum 56 verhindert nicht nur, wie bereits erwähnt, ein Verdrängen des Lichtbogens auf die Ringelektrode 54, sondern bietet auch Gewähr für eine optimale Wärmeabfuhr.

Während beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Abschirmkörper im wesentlichen durch die einen Käfig bildenden Stäbe 52 und die untere Ringelektrode 54 gebildet ist, versteht es sich von selbst, dass dieser Abschirmkörper auch durch eine zylindrische, verschiebbar geführte Hülse gebildet sein könnte, deren unteres Ende etwa der Querschnittsform der Elektrode 54 entsprechend eingebördelt, bzw. gestaucht ist. In diesem Falle müsste jedoch die Hülse in der Mantelfläche genügend weite Bohrungen aufweisen, die das Abströmen der heissen Schaltgase zulassen.

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Claims (7)

1. - li -

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   .!Druckgasschalter, mit einem feststehenden Kontaktstück, einem beweglichen Kontaktstück, das von einer mitbeweglichen Blasdüse umgeben ist, die einlasseitig mit einem durch die Ausschaltbewegung unter Druck setzbaren Kompressionsraum für ein Löschgas in Verbindung steht, und mit einem entlang des feststehenden Kontaktstückes geführten, elektrisch leitfähigen Abschirmkörper, der mittels der Blasdüse bei der Einschaltbewegung aus seiner in Ausschaltstellung das feste Kontaktstück umgebenden Lage verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem feststehenden Kontaktstück (49) und dem Abschirmkörper (52,54) in Ausschaltstellung ein durchblasbarer Mantelraum (56) vorgesehen ist, dessen einlasseitiger Innendurchmesser (55) praktisch mit einem vom Auslassdiffusor (39) der Blasdüse (22) gebildeten Blaskegel fluchtet.
2. 2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmkörper (52,54) mindestens einen zum feststehenden Kontaktstück (49) koaxialen Ring (54) aufweist, der an sich vom beweglichen Kontaktstück (23) weg erstreckenden Stäben (52) aufgehängt ist.
3. 3..Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (54) in Ausschaltstellung mit dem freien Ende (50) des festen Kontaktstückes (49) in einer Ebene liegt.

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4. 4. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Ausschaltstellung die Ebene des Ringes (54) zwischen dem freien Ende (50) des feststehenden Kontaktstükkes (49) und dem diesem zugekehrten freien Ende der Blasdüse (22) angeordnet ist.
5. 5. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (54) ein in seiner Ebene gestrecktes, allseitig abgerundetes Querschnittsprofil aufweist, dessen die Innenfläche des Ringes bildende Innenseite die gleiche oder eine grössere Divergenz wie der Auslassdiffusor (39) der Blasdüse (22) aufweist.
6. 6. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Ringes (54) grosser als der grösste Innendurchmesser des Auslassdiffusors (39) jedoch kleiner als der auslasseitige Aussendurchmesser der Blasdüse (22) ist.
7. 7. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die engste Stelle (38) der Blasdüse (22) dem beweglichen Kontaktstück (23) in Richtung des feststehenden Kontaktstuckes (49) vorgelagert ist und einen Innendurchmesser aufweist, der praktisch dem Aussendurchmesser des feststehenden Kontaktstückes (49) entspricht.

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   Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser des Düsenkörpers (28) der Blasdüse (22) auf einen dem Innendurchmesser des Ringes (54) entsprechenden Durchmesser abgesetzt ist, um eine Anschlag- und Mitnahmeschulter für den Ring (54) zu bilden.

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