DE2620675A1 - Verfahren zur unterstuetzung des antriebes wenigstens eines beweglichen schalterteiles eines elektrischen kompressionsschalters und elektrischer kompressionsschalter zur ausfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur unterstuetzung des antriebes wenigstens eines beweglichen schalterteiles eines elektrischen kompressionsschalters und elektrischer kompressionsschalter zur ausfuehrung des verfahrensInfo
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Description
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Fr/ Ca 14.4.1976
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Verfahren zur Unterstützung des Antriebes wenigstens eines beweglichen Schalterteiles eines elektrischen Kompressionsschalters und elektrischer Kompressionsschalter zur Ausführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung des Antriebes wenigstens eines beweglichen Schalterteiles eines
elektrischen Kompressionsschalters mit einer Löschmittelströmung, die beim Ausschalten durch eine Kompressionseinrichtung
erzeugt wird, sowie einen elektrischen Kompressionsschalter zur Ausführung des Verfahrens mit Löschung des zwischen den
Schaltstücken auftretenden Lichtbogens durch die Löschmittelströmung, wobei die Kompressionseinrichtung im wesentlichen
aus einem mit einem Löschmittelkompressionsraum zusammenarbeitenden Kolben besteht.
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Es ist bekannt, bei elektrischen Schaltern den Lichtbogen insbesondere
mittels einer Gasströmung zu beblasen, wobei die Beblasungsströmung
aus einem Löschmittel, wie z.B. in der CH-PS 519 '238, durch Betätigung eines mit einem Löschmittelkompressionsraum
zusammenarbeitenden Kolbens erzeugt wird, der mit
Hilfe eines äusseren Antriebes (Eindruckschalter) angetrieben wird.
Hilfe eines äusseren Antriebes (Eindruckschalter) angetrieben wird.
Solche Schalter erfordern bei zunehmend grosser werdenden abzuschaltenden
Strömen äussere Antriebe mit entsprechend zunehmend grösserer Antriebskraft.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die thermische
Energie des Schaltlichtbogens wenigstens teilweise zur Erzeugung der Löschmittel- bzw. Beblasungsströmung und hiermit
zur Unterstützung des Antriebes der beweglichen Schalterteile eines elektrischen Kompressionsschalters, wie z.B. eines
SPg-Blaskolbenschalters, auszunützen.
Energie des Schaltlichtbogens wenigstens teilweise zur Erzeugung der Löschmittel- bzw. Beblasungsströmung und hiermit
zur Unterstützung des Antriebes der beweglichen Schalterteile eines elektrischen Kompressionsschalters, wie z.B. eines
SPg-Blaskolbenschalters, auszunützen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das
im Kompressionsschalter befindliche Löschmittel durch den einen Stirnteil eines mit einem Löschmittelkompressionsraum zusammenarbeitenden Kolbens, vorzugsweise Differentialkolbens,
auf hohen Druck komprimiert und hierbei das komprimierte
im Kompressionsschalter befindliche Löschmittel durch den einen Stirnteil eines mit einem Löschmittelkompressionsraum zusammenarbeitenden Kolbens, vorzugsweise Differentialkolbens,
auf hohen Druck komprimiert und hierbei das komprimierte
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Löschmittel als Löschmittelströmung auf den Schaltlichtbogen freigegeben wird, dass hierbei wenigstens ein Teil des durch
den Schaltlichtbogen erhitzten Löschmittels zunehmenden Druckes in einem Löschmittelexpansionsraum expandiert und
dadurch zugleich der andere Stirnteil des Kolbens und wenigstens ein Teil der Begrenzung des Löschmittelexpansionsraums
voneinander bewegt bzw. angetrieben werden, und dass dieser Teil des Löschmittels gegen Ende des Ausschaltens aus
dem Löschmittelexpansionsraum in eine einen niedrigen Druck aufweisende Umgebung des Löschmittelkompressionsraumes sowie
des Löschmittelexpansionsraumes, vorzugsweise in die Löschkammer des Kompressionsschalters, abgeleitet wird.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn das im Kompressionsschalter
befindliche Löschmittel durch einen Differentialkolben auf hohen Druck gebracht wird, indem es durch den Differentialkolbenteil
mit der kleineren Kolbenstirnfläche in einem Löschmittelkompressionsraum komprimiert und hierbei die
Löschmittelströmung durch wenigstens ein Schaltstück des Kompressionsschalters aus dem Löschmittelkompressionsraum auf
den an diesem Schaltstück auftretenden Schaltlichtbogen freigegeben wird, wenn hierbei wenigstens ein Teil des durch
den Schaltlichtbogen erhitzten Löschmittels durch ein mit dem vorgenannten Schaltstück den Schaltlichtbogen ziehendes
Düsenschaltstück in einen im Zusammenwirken mit dem Differentialkolbenteil mit der grösseren Kolbenstirnfläche im
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Volumen veränderbar abgeschlossenen Löschmittelexpansionsraum
eingeleitet wird und hierdurch die grössere Kolbenstirnfläche sowie die innere Begrenzung des Löschmittelexpansionsraumes
durch das expandierende Löschmittel mit zumindest mittlerem Druck beaufschlagt und dadurch der Differentialkolben und
wenigstens ein Teil der Begrenzung des Löschmittelexpansionsraumes voneinander bewegt werden und das Löschmittel gegen
Ende des Ausschaltens durch Löschmitteldruckausgleichsöffnungen aus dem Löschmittelexpansionsraum in dessen Umgebung bzw.
in die Umgebung des Löschmittelkompressionsraumes, vorzugsweise in die Löschkammer des Kompressionsschalters, mit niedrigerem
Druck als im Löschmittelexpansionsraum abgeleitet wird.
Es ist hierbei zweckmässig, dass die Löschmittelströmung aus
einer Gasströmung besteht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kolben als im
wesentlichen rohrförmiger Differentialkolben ausgebildet, dessen Differentialkolbenteil mit der kleineren Kolbenstirnfläche
zwischen dem lichtbogenseitigen Teil eines als Düsenschaltstück ausgebildeten Schaltstückes und einer diesen Teil
aussen mit Abstand umgebenden Isolierdüse löschmitteldicht geführt ist, so dass die kleinere Kolbenstirnfläche, ein
Teil der Aussenwand des Düsenschaltstückes, ein Teil der
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Innenwand der Isolierdüse und das in der Einschaltstellung mit der Isolierdüse und dem Düsenschaltstück im Eingriff befindliche
Schaltstück einen Löschmittelkompressionsraum abgrenzen,
wobei das Düsenschaltstück durch Fixierteile am lichtbogenseitigen Ende der Isolierdüse befestigt und die
Isolierdüse an ihrem anderen Ende mit der Begrenzung eines im Zusammenwirken mit dem Differentialkolben im Volumen veränderbar
abgeschlossenen Löschmittelexpansionsraumes verbunden
ist, wobei das Düsenschaltstück freistehend in den Löschmittelexpansionsraum
einmündet und der Differentialkolbenteil mit der grösseren Kolbenstirnfläche zwischen dem freistehenden
Teil des Düsenschaltstückes und einem Teil der inneren Begrenzung des Löschmittelexpansionsraumes löschmitteldicht
geführt ist und die Begrenzung des Löschmittelexpansionsraumes Löschmitteldruckausgleichsöffnungen aufweist,
die in der Ausschaltstellung durch den letztgenannten Differentialkolbenteil zur Umgebung des Löschmittelexpansionsraumes
sowie des Löschmittelkompressionsraumes, insbesondere zur Löschkammer des Kompressionsschalters, freigegeben sind.
Zur weiteren Ausgestaltung ist wenigstens ein beweglicher Teil der Kompressionseinrichtung mit mindestens einem Schaltstück
des Kompressionsschalters gekoppelt, um dadurch den Antrieb mehrerer beweglicher Schalterteile des elektrischen Kom-
pressionsschalters zu unterstützen.
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Hierbei kann nun nach einer Ausführung das Düsenschaltstück über Fixierteile mit der Isolierdüse in Verbindung mit der
Begrenzung des Löschmittelexpansionsraumes in seiner räumlichen
Lage veränderbar, insbesondere in Achsrichtung des DüsenschaltStückes beweglich angeordnet sein, wogegen der
Differentialkolben gegenüber den vorgenannten Teilen ruhend angeordnet ist.
Nach einer anderen Ausführung kann das Düsenschaltstück über Fixierteile mit der Isolierdüse in Verbindung mit der Begrenzung
des Löschmittelexpansionsraumes in seiner räumlichen Lage relativ unveränderlich angeordnet werden, wogegen der Differen-
mit. ._dem
tialkolben mit demVDusenschaltstuck zusammenarbeitenden Schaltstück
mittels eines Isolierteiles gekoppelt und die letztgenannten Teile gegenüber den vorgenannten Teilen lage-veränderlich,
insbesondere in Achsrichtung des Düsenschaltstückes beweglich, angeordnet sind.
Es empfiehlt sich ausserdem, zwischen dem Löschmittelexpansionsraum
und der Löschkammer wenigstens ein Rückschlagventil vorzusehen, das beim Schalten kleiner Ströme die Ausbildung
eines Unterdruckes im Löschmittelexpansionsraum gegenüber der Löschkammer verhindert.
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Im Hinblick auf das Einschalten des Kompressionsschalters ist zwischen dem Löschmittelkompressionsraum und dem Löschmittelexpansionsraum
wenigstens ein weiteres Rückschlagventil vorzusehen, derart, dass im Löschmittelexpansionsraum kein Ueberdruck
gegenüber dem Löschmittelkompressionsraum entstehen kann.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das durch den Schaltlichtbogen erhitzte Löschmittel,
also bei einem Schalter mit gasförmigem Löschmittel die heissen Gase nicht mehr wie bis jetzt in das Kammervolumen
bzw. in die Löschkammer abgeleitet, sondern in einem abgeschlossenen Raum, dem Löschmittelexpansionsraum, zu einer
Druckerhöhung pK über den Ausgangsdruck ρ des im Kompressionsschalter
befindlichen Löschmittels verwendet werden.
Der technische Effekt besteht hierbei also darin, die als Druckerhöhung p„ auf der Niederdruckseite der Löschmittel-
bzw. Beblasungsströmung anfallende thermische Energie des beströmten bzw. beblasenen Schaltlichtbogens zur Arbeitsleistung
zu verwenden.
In zu bevorzugender Weise wird hierfür, wie bereits beschrieben, ein Differentialkolben eingesetzt, dessen kleinere
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Kolbenstirnfläche der Hochdruckseite, also dem Löschmittelkompressionsraum,
und dessen grössere Kolbenstirnfläche der Niederdruckseite, also dem Löschmittelexpansionsraum zugewandt
ist.
Als weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass mittels des Differentialkolbens bereits eine relativ niedrige Druckerhöhung
p„ für den Aufbau des viel höheren Druckes p„ + p„
im Löschmxttelkompressionsraum verstärkt verwendet werden kann, wobei die Druckerhöhung durch die Kompression im
Löschmittelkompressionsraum mit p„ bezeichnet ist.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass gegen Ende des Ausschaltens
bzw. der Blasbewegung der in seinem Volumen veränderbar abgeschlossene Löschmittelexpansionsraum in einfachster
Weise durch Löschmitteldruckausgleichsöffnungen mit der Löschkammer verbunden wird, so dass eine Rückströmung
des Löschmittels durch das Düsenschaltstück vermieden /dadurch
ist una insbesondere keine heissen Gase in die Löschstrecke
gelangen können.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht
dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung der wesentlichsten Teile der Erfindung,
Fig. 2 ein durch Ventile ergänztes Schema gemäss Fig. 1,
Fig. 3a bis Fig. 3c die vereinfachten Schnittdarstellungen
einer Erfindungsvariante mit feststehendem Differentialkolben , wobei in Fig. 3a der eingeschaltete
und in Fig. 3c der ausgeschaltete Zustand und in Fig. 3b eine Ausschaltphase mit gezogenem Lichtbogen
dargestellt ist, und
Fig. 4a bis Fig. Mc die vereinfachten Schnittdarstellungen
einer Erfindungsvariante mit beweglichem Pifferentialkolben, wobei in den Fig. 4a und 4c wieder der
ein- bzw. der ausgeschaltete Zustand und in Fig. 4b eine Ausschaltphase abgebildet ist.
Fig. 1 zeigt nun eine Darstellung der wesentlichsten Teile der Erfindung, die hierbei fast alle im Schnitt dargestellt
sind. Der als Differentialkolben 1 ausgebildete Kolben ist mit seinem Differentialkolbenteil la mit der kleineren Kolbenstirnfläche
Ic zwischen dem lichtbogenseitigen Teil 5a des Düsenschaltstückes 5 und der Isolierdüse 9 löschmitteldicht
geführt, wobei das Düsenschaltstück 5 an seinem
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lichtbogenseitigen Teil 5a mittels Fixierteile 10 am lichtbogenseitigen
Ende 9b der Isolierdüse 9 befestigt ist. Das andere Ende 9c der Isolierdüse 9 ist mit der Begrenzung 6a
des Löschmittelexpansionsraumes 6 verbunden. Der Differentialkolbenteil Ib mit der grösseren Kolbenstirnfläche Id ist zwischen
dem freistehenden Teil 5c des Düsenschaltstückes 5 und einem Teil der inneren Begrenzung 6b des Löschmittelexpansionsraumes
6 ebenfalls löschmitteldicht geführt, und dadurch der Differentialkolben 1 insgesamt in Richtung der gemeinsamen
Mittelachse der genannten Teile 1, 5» 9 und 6a beweglich angeordnet .
Bei feststehendem Differentialkolben 1 hingegen sind die miteinander
verbundenen vorgenannten Teile 5, 10, 9 und 6a selbstverständlich an dem als Führung dienenden Differentialkolben
in Richtung der vorgenannten gemeinsamen Mittelachse gemeinsam beweglich.
Für den Fall eines aus den Teilen 5, 10, 9 und 6a bestehenden und zur Umgebung ruhenden Systems wird nun beim Ausschalten
der Differentialkolben 1 durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung an sich bekannter Art, z.B. durch einen
Federantrieb, in Richtung des Pfeiles K bewegt. Unabhängig oder abhängig von dieser Bewegung des Differentialkolbens 1
wird etwa zur gleichen Zeit auch das Schaltstück 3 durch eine
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/3
ebenfalls nicht dargestellte Einrichtung an sich bekannter Art in Richtung des Pfeiles S bewegt, wobei die Richtungen
K und S übereinstimmen.
Durch den in Richtung K bewegten Differentialkolben 1 wird das im Löschmittelkompressionsraum 2 befindliche Löschmittel
mit dem Ausgangsdruck ρ auf hohen Druck ρ + p„ komprimiert,
wobei das im Nebenraum 6f befindliche Löschmittel mit dem Ausgangsdruck ρ durch den Differentialkolbenteil Ib durch
die Löschmitteldruckausgleichsöffnungen 7 in die Umgebung der Begrenzung 6a des Löschmittelexpansionsraumes 6 verdrängt
wird, wo ebenfalls der Ausgangsdruck ρ herrscht. Sobald nun das in Richtung des Pfeiles S bzw. K bewegte Schaltstück 3
mit dem Düsenschaltstück 5 ausser Eingriff gelangt, wird zwischen den Schaltstücken 3 und 5 ein Schaltlichtbogen gezogen
und gleichzeitig das hochkomprimierte Löschmittel aus dem Löschmittelkompressionsraum 2 als Löschmittelströmung
auf den Schaltlichtbogen freigegeben. Hierbei fällt die thermische Energie des beströmten bzw. beblasenen Schaltlichtbogens
auf der Niederdruckseite der Löschmittel- bzw. Beta lasungs strömung, also in dem als Löschmittelleitung dienenden
Hohlraum 5d des Düsenschaltstückes 5 bzw. im Löschmittelexpansionsraum
6 als Druckerhöhung pv über den Ausgangsdruck
ti.
P0 des dort befindlichen Löschmittels an, so dass im
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Löschmittelexpansionsraum 6 der erhöhte Druck ρΛ + pv wirksam
wird.
Da nun das System 5> 10, 9 und 6a ruht, wird der Differentialkolben
1 durch die Kraft, die sich als Produkt aus der Fläche A.., der grösseren Kolbenstirnfläche Id und dem erhöhten Druck
P0 + p„ ergibt, also zusätzlich durch die Kraft F_ = A-, ·
(Pr> + Vv) in die Richtung K gepresst und dadurch der Differentialkolben
1 durch die umgewandelte thermische Eniergie des Schaltlichtbogens zusätzlich angetrieben bzw. die vorgenannte
nicht dargestellte Antriebseinrichtung des Differentialkolbens 1 in ihrer Wirkung entsprechend verstärkt bzw. entlastet.
Um nun ein Beispiel für die Druckverhältnisse beim Ausschalten anzugeben, kann also die Druckerhöhung p„ durch den Differentialkolben
1 im Löschmittelkompressionsraum 2
PH = 8 bis 10 bar
betragen, wogegen die Druckerhöhung p„ im Löschmittelexpansionsraum
6
ρ« = 1I bar
betragen kann.
Verwendet man nun einen Differentialkolben 1. dessen lösch-
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mittelkompressionsraumseitige kleine Kolbenstirnfläche Ic eine
Flächengrösse A1 aufweist, die sich zur Flächengrösse A.,
der löschmittelexpansionsraumseitigen grösseren Kolbenstirnfläche
Id wie
A · A 1 · 9
Alc * Ald L ' ά
verhält, so lässt sich die verstärkte Wirksamkeit der thermischen Energie des Schaltlichtbogens bei der Erzeugung der
Löschmittel- bzw. Beblasungsströmung sowie beim Antrieb der beweglichen Schalterteile leicht erkennen.
Der eingangs in der Lösung der Aufgabe genannte hohe Druck
Pn * Pu zufolge der Kompression im Löschmittelkompressionsraum
2 ist stets grosser als der eingangs genannte zunehmende Druck P0 + pK, der durch die Erhitzung des Löschmittels im
Löschmittelexpansionsraum 6 entsteht.
Hinsichtlich einer etwa auftretenden Ueberdruckausbildung im Löschmittelexpansionsraum 6 gegenüber dem Löschmittelkompressionsraum
2 beim Einschalten des Kompressionsschalters wird hier auf die Weiterausbildung gemäss Fig. 2 verwiesen.
Gegen Ende der Löschmittelströmung bzw. der Blaszeit werden schliesslich durch den Differentialkolbenteil Ib die Lösch-
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mitteldruckausgleichsöffnungen 7 für das erhitzte Löschmittel freigegeben und dadurch die Druckerhöhung p„ an die Umgebung
mit dem Ausgangsdruck p_ abgelassen^ so dass kein heisses
Löschmittel bzw. Gas in die Löschstrecke zurückströmen kann.
Nimmt man nun einen ruhenden Differentialkolben 1 an, wogegen das bisher als ruhend angenommene und aus den Teilen 5, 10,
und 6a bestehende System durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung an sich bekannter Art in Richtung des Pfeiles
L bewegt wird, so kann hinsichtlich des sich dadurch ergebenden Funktionsablaufes auf die vorstehende Beschreibung
des Funktionsablaufes des invers betätigten Erfindungsgegenstandes gemäss Fig. 1 hingewiesen werden.
Da nunmehr der Differentialkolben 1 feststeht, wirkt sich nun
im Löschmittelexpansionsraum 6 der erhöhte Druck p_ + p„ in
äquivalenter Weise wie beim vorstehend als beweglich angenommenen Differentialkolben 1 nunmehr auf den beispielsweise
scheibenförmig ausgebildeten Flansch 6e der Begrenzung 6a des Löschmittelexpansionsraumes 6 in einer Bewegung der Begrenzung
6a bzw. des gesamten Systems 5> 10, 9 und 6a in Richtung des Pfeiles L aus, wodurch sich aber an der bereits
vorbeschriebenen Wirkung des zunehmenden Druckes ρΛ + p„
nichts ändert.
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Fig. 2 zeigt eine Weiterausbildung der Erfindung gemäss Fig. 1, Hierbei sind in Fig. 2 die den Teilen der Fig. 1 gleichenden
Teile wie in Fig. 1 bezeichnet.
Um nun beim Schalten kleiner Ströme zu verhindern, dass sich im Löschmittelexpansionsraum 6 gegenüber dessen Umgebung bzw.
Löschkammer 8 ein Unterdruck ausbildet, ist zwischen dem Löschmittelexpansionsraum 6 und der Umgebung oder Löschkammer
8 wenigstens ein Rückschlagventil 12 vorgesehen. Bei Unterdruck im Löschmittelexpansionsraum 6 ist das Rückschlagventil
12 offen und gemäss Fig. 2 die Umgebung 8^ über die offene Löschmitteldruckausgleichsöffnung 7 sowie den Nebenraum
6f mit dem gleichen Druck mit dem Löschmittelexpansionsraum 6 so lange verbunden, bis ein Druckausgleich hergestellt
ist.
Wie Fig. 2 zeigt, durchsetzt das Rückschlagventil 12 den ringförmigen Flansch If des Differentialkolbens 1.
Weiters ist zwischen dem Löschmittelexpansionsraum 6 und dem Löschmittelkompressionsraum 2 ein weiteres Rückschlagventil
13 angeordnet, so dass beim Einschalten im Löschmittelexpansionsraum 6 kein Ueberdruck gegenüber dem Löschmittelkompressionsraum
2 entsteht. Ein etwaiger Ueberdruck kann somit
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über den im Differentialkolben 1 vorgesehenen Durchlass 13a
und das bei üeberdruck offene Rückschlagventil 13 in den Löschmittelkompressionsraum 2 entweichen, wobei der Durchlass
13a das Rohr Ie und den ringförmigen Flansch If des Differentialkolbens
1 durchsetzt.
In Fig. 3a ist die vereinfachte Schnittdarstellung eines Kompressionsschalters
gemäss der Erfindung mit feststehendem Differentialkolben 1 im eingeschalteten Zustand dargestellt.
Hierbei sind in Fig. 3a die den Teilen der Figuren 1 und 2 gleichenden Teile wie in den Figuren 1 und 2 bezeichnet.
Der feststehende Differentialkolben 1 ist mittels einer Fixier« stange Ig an der antriebsseitigen Löschkammerabdeckung 8a feststehend
angeordnet und das Schaltstück 3 mit der schaltstückseitigen Löschkammerabdeckung 8b verbunden, wobei zwischen
den beiden Abdeckungen 8a und 8b ein Isolierzylinder 8c angeordnet ist.
Der Antrieb des Kompressionsschalters ist symbolisch durch eine Isolierstange 14 dargestellt, die beim Ausschalten bei
feststehender Löschkammer in Richtung des Pfeiles L bewegt wird, so dass sich hierdurch die Teile 5» 10, 9 und 6a des
Kompressionsschalters ebenfalls in die gleiche Richtung bewegen.
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Im ausgeschalteten Zustand ist nun, wie Fig. 3a zeigt, der Löschmittelkompressionsraum 2 durch das fest angeordnete
Schaltstück 3 verschlossen, während der ebenfalls feststehend angeordnete Differentialkolben den Löschmittelkompressionsraum
2 mit dessen grösstem Raumvolumen freilässt. Der Nebenraum 6f weist ebenfalls sein grösstes Volumen auf, das über
die Löschmitteldruckausgleichsöffnungen 7 mit der Löschkammer in Verbindung steht. Der Löschmittelexpansionsraum 6 weist
zusammen mit dem Hohlraum 5d des Düsenschaltstückes 1 sein kleinstes Volumen auf, wobei dieses Volumen gegenüber der
Löschkammer 8, den Nebenraum 6f sowie den Löschmittelkom-
/den
pressionsraum 2 abgeschlossen ist, wobei in Räumen 2, 5d, 6,
6f und 8 der Ausgangsdruck pQ herrscht.
Fig. 3b zeigt nun den Kompressionsschalter gemäss Fig. 3a in
einer fortgeschrittenen Ausschaltphase mit gezogenem Lichtbogen 4. Die Teile der Fig. 3b sind, weil diese Teile denen
der Fig. 3a gleichen, gleichbezeichnet wie in Fig. 3a.
In dieser Ausschaltphase erscheint das aus den Teilen 5, 10, 9 und 6a bestehende System durch die den Antrieb symbolisierende
Isolierstange 14 in Richtung L gegen die antriebsseitige Löschkammerabdeckung 8a verlagert. Durch diese Verlagerung
gegen die feststehenden Teile 1 und 3 wurde das Volumen
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- J.« -
des Löschmittelkompressionsraumes 2 erheblich verkleinert, dadurch das Löschmittel komprimiert und hierbei durch das
Schaltstück 3 als Löschmittelströmung auf den Schaltlichtbogen 4 freigegeben. Ein durch den Schaltlichtbogen 1
gleichzeitig erhitzter Löschmittelteil ist inzwischen durch den Hohlraum 5d des Düsenschaltstückes 5 in den Löschmittelexpansionsraum
6 abgeströmt und hat hierin expandierend den abgeschlossenen Löschmittelexpansionsraum 6 vergrössert, indem
er die Begrenzung 6a des Löschmittelexpansionsraumes 6 im Zusammenwirken mit dem Antrieb I^ in Pfeilrichtung L in
die abgebildete Stellung verlagert hat. Der Aufbau des hohen Druckes (pQ + p„) im Löschmittelkompressionsraum 2 sowie des
zunehmenden Druckes (ρΛ + pv) im Löschmittelexpansionsraum 6
υ K durch
wird hierbei im Hinblick auf den jeweiligen Schalter/ den zu schaltenden Strom, den Antrieb des Schalters u.s.w. durch
eine entsprechende konstruktive Schaltausbildung realisiert.
In Fig. 3c ist der Schalter gemäss Fig. 3a und 3b im ausgeschalteten
Zustand dargestellt, die Teile sind wieder wie in Fig. 3b bezeichnet.
Die durch den Antrieb Ii im Zusammenwirken mit dem vom
Schaltlichtbogen 1 erhitzten Löschmittel in Pfeilrichtung L bewegten Teile 5» 10, 9 und 6a haben die Stellung erreicht,
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in der der Schalter ausgeschaltet ist. Der Schaltlichtbogen
ist erloschen, der sein kleinstes Volumen aufweisende Löschmittelkompressionsraum
2 durch die Isolierdüse 9 zur Löschkammer 8 hin offen und dadurch ein Druckausgleich unbehindert,
Der Löschmittelexpansionsraum 6 hat sein grösstes Volumen erreicht und steht · über die nunmehr freien Löschmitteldruckausgleichsöffnungen
7 ebenfalls mit der Löschkammer 8 in Verbindung, wodurch der Druckausgleich vor sich gehen kann.
In Fig. 1Ia ist die vereinfachte Schnittdarstellung eines Kompressionsschalters
gemäss der Erfindung mit beweglichem Differentialkolben 1 im eingeschalteten Zustand dargestellt, hierbei
sind die den Teilen der Fig. 3a gleichenden Teile wie in Fig. 3a bezeichnet.
Das bei der Erfindungsvariante 3a bis 3c bewegliche System aus den Teilen 5, 10, 9 und 6a ist in der Ausführung nach
den Figuren 4a bis 4c mittels eines Befestigungsteiles 6g
an der antriebsseitigen Löschkammerabdeckung 8a befestigt und dadurch zusammen mit der Löschkammer 8 ruhend angeordnet.
In Weiterausbildung der Erfindung ist das nunmehr bewegliche Schaltstück 3 mittels eines Isolierteiles 11 mit dem Differentialkolben
1 mechanisch gekoppelt.
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Die den Antrieb an sich bekannter Art symbolisierende Isolierstange
I1J greift am beweglichen Differentialkolben 1 an.
Beim Ausschalten des Kompressionsschalters wird nunmehr das aus den Teilen 1, 11 und 3 bestehende System in Richtung des
Pfeiles K bewegt, wobei nun der Funktionsablauf wieder, wie in den Figuren 3a bis 3c beschrieben, vor sich geht.
Fig. kh zeigt hierzu den Kompressionsschalter gemäss Fig. 4a
ebenfalls wie in Fig. 3b in einer fortgeschrittenen Ausschaltphase
mit gezogenem Lichtbogen k, und in
Fig. 4c ist der Schalter wieder im ausgeschalteten Zustand
dargestellt, wobei einander gleichende Teile wie in Fig. ka
bezeichnet sind.
In bevorzugter Ausführung ist bei den abgebildeten Erfindungs*
Varianten gemäss den Figuren 1 bis kc das rohrförmige Düsenschaltstück
5 mit Abstand von einer rohrförmigen Isolierdüse 9 koaxial umgeben, wobei die Isolierdüse 9 über einen ringförmigen
Zwischenflansch 6c mit dem koaxial zum Düsenschaltstück 5 angeordneten rohrförmigen Mantelteil 6d der Begrenzung
6~i des LÖschmittelexpansionsraumes 6 verbunden ist, und
wobei der Innendurchmesser des Düsenschaltstückes 5 kleiner als der Innendurchmesser des Mantelteiles 6d und der rohr-
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förmige Mantelteil 6d gegenüber dem freistehenden Teil 5c des
Düsenschaltstückes 5 durch einen scheibenförmigen Flansch 6e abgeschlossen ist. Der rohrförmige Mantelteil 6d weist hierbei
an seinem zwischenflanschseitigen 6c Ende Löschmitteldruckausgleichsöffnungen 7 auf, die in der Ausschaltstellung des
Kompressionsschalters vom Differentialkolbenteil Ib mit der grösseren Kolbenstirnfläche Id freigegeben sind.
Der Differentialkolben 1 ist hierbei aus einem Rohr Ie gebildet,
dessen Differentialkolbenteil Ib mit der grösseren Kolbenstirnfläche Id aus einem ringförmigen Flansch If besteht,
der den gleichen Innendurchmesser, aber einen grösseren Aussendurchmesser als das Rohr Ie aufweist, so dass sich
die letztbeschriebene Erfindungsvariante durch axiale Symmetrie und besondere Einfachheit auszeichnet.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Ausführungsbeispiele in der Zeichnung beschränkt.
Wesentlich ist, dass beim Kompressionsschalter gemäss der Erfindung
bei der Kompression des im Schalter befindlichen Löschmittels sowie dessen Freigabe als Löschmittelströmung
die gleichzeitig auf der Niederdruckseite der Löschmittelströmung anfallende thermische Energie des löschmittelbe-
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strömten Schaltlichtbogens in Form einer Druckerhöhung des Löschmittels möglichst vollständig für die Kompression des
Löschmittels bzw. für die Unterstützung des z.B. als Federantrieb ausgebildeten Antriebes des Kompressionsschalters
bzw. der beweglichen Schalterteile mitwirksam wird.
Hierbei können nun insbesondere der Löschmittelkompressionsraum,
die Leitung für das auf der Niederdruckseite anfallende Löschmittel zunehmenden Druckes sowie der Löschmittelexpansionsraum
unterschiedlich zur Zeichnung ausgeführt sein. So kann z.B. der das Löschmittel komprimierende Kolben mit
einem bezüglich der Schaltstücke und der Isolierdüse separat angeordneten Kompressionsraum zusammenarbeiten, wobei der
Kompressionsraum samt Kolben zu den Schaltstücken asymmetrisch anordenbar ist. Aber auch der Löschmittelexpansionsraum
kann unabhängig von der Isolierdüse angeordnet sein und die Zuleitung für das vom Schaltlichtbogen erhitzte
Löschmittel von den· Ausführungen nach der Zeichnung abweichen, wobei die als Druckerhöhung gewonnene thermische Energie
dem Löschmittelexpansionsraum über eine Zuführung möglichst verlustfrei zuzuleiten ist.
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Claims (15)
- Patentansprüchel.j Verfahren zur Unterstützung des Antriebes wenigstens eines
beweglichen Schalterteiles eines elektrischen Kompressionsschalters mit einer Löschmittelströmung, die beim Ausschalten durch eine Kompressionseinrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das im Kompressionsschalter befindliche Löschmittel durch den einen Stirnteil (la) eines
mit einem Löschmittelkompressionsraum (2) zusammenarbeitenden Kolbens (1), vorzugsweise Differentialkolbens, auf
hohen Druck komprimiert und hierbei das komprimierte Löschmittel als Löschmittelströmung auf den Schaltlichtbogen (4) freigegeben wird, dass hierbei wenigstens ein Teil des durch den Schaltlichtbogen (4) erhitzten Löschmittels zunehmendem Druckes in einem Löschmittelexpansionsraum (6) expandiert und dadurch zugleich der andere Stirnteil (Ib) des
Kolbens (1) und wenigstens ein Teil der Begrenzung (6a) des Löschmittelexpansionsraumes (6) voneinander bewegt bzw. angetrieben werden, und dass dieser Teil des Löschmittels gegen Ende des Ausschaltens aus dem Löschmittelexpansionsraum (6) in eine einen niedrigen Druck aufweisende Umgebung (8) des Löschmittelkompressionsraumes (2) sowie des Löschmittelexpansionsraumes (6), vorzugsweise in die Löschkammer des
Kompressionsschalters, abgeleitet wird.9844/0547 - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Kompressionsschalter befindliche Löschmittel durch einen Differentialkolben (1) auf hohen Druck gebracht wird, indem es durch den Differentialkolbenteil (la) mit der kleineren Kolbenstirnfläche (Ic) in einem Loschmittelkompressionsraum (2) komprimiert und hierbei die Löschmittelströmung durch wenigstens ein Schaltstück (3) des Kompressionsschalters aus dem Loschmittelkompressionsraum (2) auf den an diesem Schaltstück (3) auftretenden Schaltlichtbogen (4) freigegeben wird, dass hierbei wenigstens ein Teil des durch den Schaltlichtbogen (2I) erhitzten Löschmittels durch ein mit dem vorgenannten Schaltstück (3) den Schaltlichtbogen (2I) ziehendes Düsenschaltstück (5) in einen im Zusammenwirken mit dem Differentialkolbenteil (Ib) mit der grösseren Kolbenstirnfläche (Id) im Volumen veränderbar abgeschlossenen Löschmittelexpansionsraum (6) eingeleitet wird und hierdurch die grössere Kolbenstirnfläche (Id) sowie die innere Begrenzung (6b) des Loschmittelexpansionsraumes (6) durch das expandierende Löschmittel mit zumindest mittlerem Druck beaufschlagt und dadurch der Differentialkolben (1) und wenigstens ein Teil der Begrenzung (6a) des Loschmittelexpansionsraumes (6) voneinander bewegt werden, und dass das Löschmittel gegen Ende des Ausschaltens durch Löschmitteldruckausgleichsöffnungen (7) aus dem Löschmittelexpansionsraum (6) in dessen Umgebung bzw. in die Umgebung109844/0547^3/76des Löschn&ttelkompressionsraumes (2), vorzugsweise in die Löschkammer (8) des Kompressionsschalters, mit niedrigerem Druck als im Löschmittelexpansionsraum (6) abgeleitet wird
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löschmittelströmung durch eine Gasströmung gebildet wird.
- k. Verfahren nach Anspruch 33 dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung durch eine Schwefelhexafluorid-Strömung ) gebildet wird.
- 5. Elektrischer Kompressionsschalter zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit Löschung des zwischen den Schaltstücken auftretenden Lichtbogens durch eine Löschmittelströmung, die beim Ausschalten durch eine Kompressionseinrichtung erzeugbar ist, die im wesentlichen aus einem mit einem Loschmittelkompressionsraum zusammenarbeitenden Kolben besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben als im wesentlichen rohrförmiger Differentialkolben (1) ausgebildet ist, dessen Differentialkolbenteil (la) mit der kleineren Kolbenstirnfläche (Ic) zwischen dem lichtbogenseitigen Teil (5a) eines als Düsenschaltstück (5) ausgebildeten SchaltStückes und einer diesen Teil (5a) aussen mit Abstand umgebenden Isolierdüse (9) löschmitteldicht£09844/0547geführt ist, dass die kleinere Kolbenstirnfläche (Ic), ein Teil der Aussenwand (5b) des Düsenschaltstückes (5), ein Teil der Innenwand (9a) der Isolierdüse und das'in der Einschaltstellung mit der Isolierdüse (9) und dem Düsenschaltstück (5) im Eingriff befindliche Schaltstück (3) einen Löschmittelkompressionsraum (2) abgrenzen, dass das Düsenschaltstück (5) durch Fixierteile (10) am lichtbogenseitigen Ende (9b) der Isolierdüse (9) befestigt und die Isolierdüse (9) an ihrem anderen Ende (9c) mit der Begrenzung (6a) eines im Zusammenwirken mit dem Differentialkolben (1) im Volumen veränderbar abgeschlossenen Löschmittelexpansionsraumes (6) verbunden ist, wobei das Düsenschaltstück(5) freistehend in den Lcschmittelexpansionsraum (6) einmündet, dass der Differentialkolbenteil (Ib) mit der grösseren Kolbenstirnfläche (Id) zwischen dem freistehenden Teil (5c) des Düsenschaltstückes (5) und einem Teil der inneren Begrenzung (6b) des Löschmittelexpansionsraumes(6) löschmitteldicht geführt ist, und dass die Begrenzung (6a) des Löschmittelexpansionsraumes (6) Löschmitteldruckausgleichsöffnungen (7) aufweist, die in der Ausschaltstellung durch den letztgenannten Differentialkolbenteil (Ib) zur Umgebung des Löschmittelexpansionsraumes (6) sowie des Löschmittelkompressionsraumes (2), insbesondere zur Löschkammer (8) des Kompressionsschalters, freigegeben sind.90 9844/0547
- 6. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein beweglicher Teil der Kompressionseinrichtung (1; 9) mit mindestens einem Schaltstück (3; 5) des Kompressionsschalters gekoppelt ist.
- 7. Elektrischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenschaltstück (5) über Pixierteile (10) mit der Isolierdüse (9) in Verbindung mit der Begrenzung (6a) des Löschmittelexpansionsraumes (6) in seiner räumlichen Lage veränderbar, insbesondere in Achsrichtung des Düsenschaltstückes (5) beweglich angeordnet ist, und dass der Differentialkolben (1) gegenüber den vorgenannten Teilen (5, 10, 9, 6a) ruhend angeordnet ist (Fig. 3a - Fig. 3c).
- 8. Elektrischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenschaltstück (5) über Fixierteile (10) mit der Isolierdüse (9) in Verbindung mit der Begrenzung (6a) des Loschmittelexpansionsrauir.es (6) in seiner räumlichen Lage relativ unveränderlich angeordnet ist, und dass der Differentialkolben (1) mit dem mit dem Düsenschaltstück (5) zusammenarbeitenden Schaltstück (3) z.B. mittels eines Isolierteiles (11) gekoppelt und die letztgenannten Teile (1, 3) gegenüber den vorgenannten Teilen (5, 10, 9,9844/05476a) lageveränderlich, insbesondere in Achsrichtung des Düsenschaltstückes (5) beweglich, angeordnet sind (Fig. 4a - 4c).
- 9. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5 oder einem der Anr sprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Düsenschaltstück (5) mit Abstand von einer rohrförmigen Isolierdüse (9) koaxial umgeben ist, dass die Isolierdüse (9) über einen ringförmigen Zwischenflansch (6c) mit dem koaxial zum Düsenschaltstück (5) angeordneten rohrförmigen Mantelteil (6d) der Begrenzung (6a) des Loschmittelexpansionsraumes (6) verbunden ist, wobei der Innendurchmesser des Düsenschaltstückes (5) kleiner als der Innendurchmesser des Mantelteiles (6d) ist, und dass der rohrförmige Mantelteil (6d) gegenüber dem freistehenden Teil (5c) des Düsenschaltstückes (5) durch einen scheibenförmigen Flansch (6e) abgeschlossen ist.
- 10. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Mantelteil (6d) an seinem zwxschenflanschseitigen (6c) Ende Löschmitteldruckausgleichsöffnungen (7) aufweist, die in der Ausschaltstellung des Kompressionsschalters vom Differentialkolbenteil (Ib) mit der grösseren Kolbenstirnfläche (Id) freigegeben sind.»09844/054743/76
- 11. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2 oder 5 oder einem der Ansprüche 6 bis 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialkolben (1) aus einem Rohr (Ie) gebildet ist, dessen Differentialkolbenteil (Ib) mit der grösseren Kolbenstirnfläche (Id) aus einem ringförmigen Flansch (If) besteht, der den gleichen Innendurchmesser, aber einen grösseren Aussendurchmesser als das Rohr (Ie) aufweist.
- 12. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein den Löschmittelexpansionsraum (6) mit der Löschkammer (8) verbindendes Rückschlagventil (12) vorgesehen ist, das auf die Ausbildung eines Unterdruckes im Löschmittelexpansionsraum (6) gegenüber der Löschkammer (8) anspricht.
- 13· Elektrischer Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (12) den ringförmigen Plansch (If) des Differentialkolbens (1) durchsetzt.
- 14. Elektrischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein den Löschmittelkompressionsraum (2) mit dem Löschmittelexpansionsraum (6) verbindendes weiteres Rückschlagventil (13) vorgesehen ist, das?0984A/05A7- yf - 43/76beim Einschalten auf die Ausbildung eines Ueberdruckes im Loschmittelexpansionsraum (6) gegenüber dem Löschmittel-kompressionsraum (2) anspricht.
- 15. Elektrischer Schalter nach Anspruch I1I, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Rückschlagventil (13) das Rohr (Ie) und den ringförmigen Plansch (If) des Differentialkolbens (1) durchsetzt.BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.509844/0547
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