DE3720816C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter mit selbsterzeugter Löschgas
strömung mit einer mit Isoliergas gefüllten Schaltkammer, mindestens zwei
Schaltstücken, von denen mindestens eines beweglich ist, einer durch die
Schaltbewegung betätigbaren Kompressionseinrichtung aus einem Kompressions
kolben und einem aus zylindrischem Teil und Zylinderboden bestehenden
Kompressionszylinder sowie einer daran anschließenden Druckkammer mit
Isolierstoffdüse, mindestens einem mit einem Rückschlagventil ausgestatte
ten Durchlaß, der den Kompressionsraum mit der Druckkammer verbindet,
Entlüftungsöffnungen mit zur Schaltkammer öffnenden Überdruckventilen
in der Wandung des Kompressionsraumes.
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 Kom
pressionseinrichtung oder mittels der thermischen Energie des Lichtbogens
selbst erzielt. Die Schaltkammern werden entweder von einem vollisolierten
Metallgehäuse oder von einem Porzellanisolator umgeben.
Aus der DE-OS 24 11 897 ist ein Druckgasschalter der eingangs genannten
Art bekannt. Der Kompressionsraum wird bei diesem Druckgasschalter von einem
feststehenden Boden mit einem feststehenden Zylinder und einer mit dem
beweglichen Schaltstück verbundenen Isolierstoffdüse gebildet, wobei die
Isolierstoffdüse in dem feststehenden Zylinder gasdicht geführt ist. Die
Druckkammer ist in die Isolierstoffdüse eingearbeitet, und die Ventile
befinden sich in dem feststehenden Boden und in der Isolierstoffdüse.
Bei diesem Druckgasschalter sind sowohl die Größe der Druckkammer als
auch der Spalt zwischen Isolierstoffdüse und Schaltstück fest vorgege
ben und nicht an die Löschbedingungen von kleinen und großen Strömen
anpaßbar.
Aus der DE-OS 26 04 270 ist ein Druckgasschalter bekannt, der eine aus
Kolben und Zylinder bestehende Kompressionseinrichtung aufweist, welche
mittels zur Schaltstrecke führenden Kanäle einen Löschgasstrom erzeugt,
der der Beblasung der Lichtbögen dient. Die wesentliche Weiterentwicklung
des Druckgasschalters besteht darin, daß an der Kompressionseinrichtung
auf verschiedenste Weise Druckbegrenzungsventile angebracht werden, die
dafür sorgen, daß die Rückwirkung des durch den Lichtbogen expandierenden
Löschgases auf die Schaltbewegung begrenzt wird. Einen mit einem Rück
schlagventil ausgestatteten Durchlaß vom Kompressionsraum zu den Kanälen
gibt es nicht, und auch eine druckkammerartige Ausbildung dieser Kanäle
ist nicht vorgesehen.
Aus der FR 22 91 601 ist ein Druckgasschalter bekannt, bei dem die
Kompressionseinrichtung eine bewegliche Trennwand aufweist, die mit einer
Druckfeder auf dem feststehenden Kompressionskolben abgestützt ist. Eine
Druckkammer ist bei diesem Druckgasschalter jedoch nicht vorhanden.
Der Aufbau dieses Schalters dämpft zwar eine Rückwirkung starken ex
pandierenden Gases auf den Antrieb, kann diese Rückwirkung jedoch nicht
verhindern, wie dies bei einer Druckkammer, welche mit Rückschlagventilen
zur Kompressionseinrichtung ausgestattet ist, der Fall ist.
Bei dem aus der DE-OS 24 11 897 bekannten Druckgasschalter sind
Rückwirkungen des expandierenden Löschgases auf den Schalterantrieb da
durch verhindert, daß eine Druckkammer mit Rückschlagventilen vorgesehen
ist. Eine solche Druckkammer läßt sich jedoch nur für einen bestimmten
Strom optimal auslegen. Insbesondere stärkere Ströme können mit einer
solchen Druckkammer nicht mehr optimal beblasen werden. Auch der Spalt
zwischen Isolierstoffdüse und Schaltstück ist, wenn er starr ausge
bildet ist, nur für einen bestimmten Strom optimal gestaltet.
Bei sehr energiereichen Lichtbögen ist die Druckkammer, welche von der
Isolierdüse umschlossen wird, für die hohen Drücke, wie sie durch die Gas
expansion 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 haupt
sächlich durch die Stabilität des Isoliermaterials der Isolierstoffdüse
Grenzen gesetzt. Das Ausschaltvermögen wird somit durch das Volumen der
Druckkammer bestimmt.
Des weiteren ist der Spalt zwischen Isolierdüse und Schaltstück fest vor
gegeben und nicht den unterschiedlichen Löschbedingungen bei kleinen und
großen Strömen angepaßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Selbstblasschalter so auszu
gestalten, daß er bei Lichtbögen mit hohen Stromstärken eine bessere
Beblasung und ein größeres Ausschaltvermögen gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zylinderboden im
mit der Antriebsstange mechanisch verbundenen zylindrischen Teil ver
schiebbar, aber gasdicht gelagert ist und in einer ersten Position durch
eine Feder, die sich an einem ersten mit der Antriebsstange fest verbun
denen Anschlag abstützt, in Einschaltrichtung gegen einen zweiten mit der
Antriebsstange fest verbundenen Anschlag gedrückt wird sowie durch den
von Lichtbögen über einer vorgegebenen Stromstärke hervorgerufenen Druck gegen
die Kraft der Feder in eine zweite Position drückbar ist.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß sich die Druckkammer bei stromstarken
Lichtbögen vergrößert. Durch die Vergrößerung der Druckkammer wird das
Produkt Volumen mal Druck größer, weil der Druck durch nachströmendes
Löschgas aufrechterhalten wird, solange der Lichtbogen brennt. Dies
ist die Voraussetzung, um eine stärkere Gasströmung von ausreichender
Dauer zur Beblasung der stromstarken Lichtbögen zu erzeugen.
Die durch die Erhöhung des Produkts Druck mal Volumen verstärkte Gas
strömung läßt sich dadurch besonders effektiv zur Beblasung des Licht
bogens einsetzen, indem der Spalt zwischen dem in der Druckkammer ange
ordneten Schaltstück und der Isolierstoffdüse vergrößert wird. Dies wird
durch ein Schaltstück erreicht, welches druckabhängig verschiebbar ist und
darum bei stromstarken Lichtbögen eine Relativbewegung zur Isolierstoff
düse in Richtung der Vergrößerung des Abstands ausführt.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen 2 bis 14 zu ent
nehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf weitere Vorteile verwiesen
wird.
Es zeigt
Fig. 1 und Fig. 2 Ausführungsbeispiele mit verschieb
barem Zylinderboden und
Fig. 3 sowie Fig. 4 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 voll
isoliertes Metallgehäuse oder als Porzellanisolator ausgeführt sein kann.
Am festen Schaltstück 2 sowie am Träger des Kompressionskolbens 29 be
finden sich die elektrischen Anschlüsse.
Die Figuren zeigen Selbstblasschalter, bei dem die Durchlässe 1 mit
Verschlüssen 10 ausgestattet sind.
Die Schaltbewegungen erfolgen mittels einer Antriebsstange 13, die mit
einem beweglichen Schaltstück 3, einem Zylinderboden 9, einem Kompres
sionszylinder 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 Normalbe
triebs, so z. B. bei der Abschaltung eines Netzteils, bilden sich relativ
schwache Lichtbögen, da die Stromstärke nicht allzu hoch ist. Die ther
mische 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 Kompres
sionskolben 14 schiebt und dabei den Kompressionsraum 7 verringert. Das im
Kompressionsraum 7 zusammengepreßte Gas wird durch Durchlässe 1 im Zylin
derboden 9 in die Druckkammer 6 geblasen, um von dort durch die Isolier
stoffdüse 5 zu strömen, wobei der Lichtbogen 26 beblasen wird. Der Licht
bogen 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 geöffnet sind.
Die Druckverhältnisse sind bei stromstarken Lichtbögen, wie sie beispiels
weise 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
schließen, um auf diese Weise ein Eindringen des hohen Drucks in
den Kompressionsraum 7 zu verhindern, was zu einer Bremsung der Ausschalt
bewegung 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 Strom
nulldurchgangs 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 gerin
geren 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 Licht
bögen erforderliche Löschgasströmung erzeugt.
Der Kompressionsraum 7 ist durch Entlüftungsöffnungen 11, 11′ mit der
Schaltkammer verbunden. Sie sind mit Verschlüssen versehen, welche z. B.
als Ventile 16 ausgebildet sind, die gegen den Druck von Federn öffnen,
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 oder der Verschluß der Öffnung 1′ infolge
der Gasexpansion durch stromstarke Lichtbögen schließen. Dieser Druck
bereich wird im Kompressionsraum 7 dadurch erreicht, daß die Ver
schlüsse 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 Druckan
stieg im Kompressionsraum 7 ist also begrenzt, unabhängig davon, ob strom
starke 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. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem gasdicht verschiebbar gelagerten
Zylinderboden 9 im Kompressionszylinder 4. 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 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 ausge
stattet. 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 Ver
bindung des Kompressionsraums 7 zur Schaltkammer entsteht. Dieser ver
schiebbare Zylinderboden 9 bewirkt bei großem Druckanstieg infolge strom
starker Lichtbögen, bei denen die Verschlüsse 10 schließen, eine Vergrö
ßerung 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 Aus
schaltung eines stromschwachen Lichtbogens dar. Der Zylinderboden 9 liegt
am Bund 23 an, die Bohrungen 18 fluchten nicht mit den Entlüftungsöff
nungen 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 Druckanstieg in der Druck
kammer 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 Zylinder
boden 9 in einer ersten Position verharrt, in der er an dem mit der An
triebsstange 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 zusam
mendrücken. In solchen Schaltsituationen bewegt sich also der Zylinder
boden 9 in den Bereich der zweiten Position. Die genaue Lage des Zylinder
bodens 9 innerhalb dieses Bereichs der zweiten Position ist vorteilhafter
weise 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 ge
währleistet ist, daß im gesamten Bereich, in dem sich der Zylinderboden 9
in seiner zweiten Position befinden kann, eine Entlüftung des Kompressions
raums 7 gewährleistet ist.
Neben der Optimierung des Produkts aus Druck mal Volumen für die Druckkam
mer 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 Schaltgeschwindig
keit gegenüber der Ausschaltung stromschwacher Lichtbögen noch zusätzlich
erhöht wird, da im Kompressionsraum kein Druck der Schaltbewegung entgegen
steht. Bei dieser Ausgestaltung wird zweckmäßigerweise ein mechanischer
oder pneumatischer Dämpfer angeordnet, der am Ende der Schaltbewegung diese
abfängt.
Diese Ausgestaltung ist auch für den Einschaltvorgang von Vorteil. Beim Ein
schaltvorgang bewegt sich die Antriebsstange 13 mit dem beweglichen Schalt
stück 2, dem Zylinderboden 9, dem Kompressionszylinder 4 und der Isolier
stoffdüse 5 nach oben, wodurch der Kompressionsraum 7 vergrößert wird. Im
Kompressionsraum 7 entsteht dadurch ein Unterdruck, der den Zylinder
boden 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 Kom
pressionsraum 7 behindert.
Weil der Zylinderboden 9 gegenüber der Antriebsstange 13 sowie dem Kom
pressionszylinder 4 relativ verschiebbar ist, also diese Teile nicht mehr
miteinander verbindet, muß zur kraftschlüssigen Verbindung zwischen der An
triebsstange 13 und dem beweglichen Schaltstück 3 einerseits sowie dem Kom
pressionszylinder 4 und der Isolierstoffdüse 5 andererseits ein Verbin
dungsstück angeordnet werden, welches beispielsweise als Stege 12 oder als
durchbrochene Platte 21 ausgeführt sein kann.
Fig. 2 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels von Fig. 1, bei
dem die Durchlässe 1′ zwischen dem Kompressionsraum 7 und der Druckkam
mer 6 dadurch gebildet werden, daß in der ersten Position des Zylinder
bodens 9 die Bohrungen 18 in eine Erweiterung 19 der Zylinderwandung
münden. Dies ist in der linken Hälfte der Fig. 2 dargestellt, wobei der
Pfeil den Weg des Löschgasstroms bei der Löschung stromschwacher Licht
bögen 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 Ver
schiebung des Zylinderbodens 9 bis zum Verschluß der Durchlässe 1′ ledig
lich 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 Fig. 2 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. 2 zeigt des weiteren einen Zylinderring 30, der auf dem Kompressions
zylinder 4 außen gleitend angeordnet ist, so daß er die Entlüftungsöff
nungen 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 Aus
schaltung 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. 3 zeigt eine Ausgestaltung, bei der sich die Breite des Spaltes 15
zwischen dem Schaltstück 3 und der Isolierstoffdüse 5 den unterschied
lichen 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 ver
schiebbare Schaltstückträger 20 ist mit dem Zylinderboden 9 sowie mit dem
Schaltstück 3, welches hier als bewegliches (d. h. die Schaltbewegung aus
führendes) 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 ein
nimmt. Diese druckabhängige Lage befindet sich zwischen der ersten Posi
tion 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 Zylinder
bodens 9 in der zweiten Position befindet sich das bewegliche Schalt
stück 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 erzeug
ten Gasströmung eine intensive Beblasung des Lichtbogens herbeiführt.
Bei großen Strömen vergrößert sich der Spalt 15 mit dem Hub des Zylinder
bodens 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 inten
siven 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 Kompressions
zylinder 4 und der Isolierstoffdüse 5 wird durch die durchbrochene Plat
te 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 Kom
pressionskammer 7 - oder der Schaltkammer - dann verbindet, wenn der Druck
einen Wert erreicht, der für das Material kritisch ist. Bei Überdruckven
tilen 28, die in den Kompressionsraum 7 münden, muß dieser im hohen Druck
bereich über eine gute Entlüftung zur Schaltkammer verfügen. In der darge
stellten Ausgestaltung sind Ventile 16 im Kompressionskolben 14 angeordnet,
die bei einem zu hohen Druck den Kompressionsraum 7 durch die Entlüftungsöffnungen 11
in die Schaltkammer entlüften.
Selbstverständlich läßt sich eine solche variable Spaltbreite auch in eine
Anordnung gem. Fig. 1 oder 2 integrieren. Dazu muß das bewegliche Schalt
stück 3 ebenfalls in der Antriebsstange 13 gleitend und mit einem Stromkon
takt geführt werden. Eine Verbindung vom beweglichen Schaltstück 3 mit dem
Zylinderboden 9 wäre in diesem Fall beispielsweise dadurch möglich, Ver
bindungsstege 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. 4 zeigt eine Ausgestaltung, die eine variable Spaltbreite 15 nach dem
gleichen Prinzip vorsieht, wie dies in Fig. 3 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 Federkon
stante 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 Überdruckven
tile 25 zu schaffen, wird die Feder 8′ auf der durchbrochenen Platte 21
aufgestützt. Die übrigen Teile entsprechen der Fig. 3.
Zusätzlich zeigt Fig. 4 ein Belüftungsventil 24, das sich im Kompressions
kolben 14 befindet und die Aufgabe hat, bei der Entstehung eines Unter
drucks im Kompressionsraum 7 infolge der Einschaltbewegung den Kompres
sionsraum 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 Ver
meidung eines die Einschaltbewegung behindernden Unterdrucks im Kompres
sionsraum 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 möglich.
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 (15)
1. Druckgasschalter mit selbsterzeugter Löschgasströmung mit
- a) einer mit Isoliergas gefüllten Schaltkammer,
- b) mindestens zwei Schaltstücken, von denen mindestens eines beweglich ist,
- c) einer durch die Schaltbewegung betätigbaren Kompressions einrichtung aus einem Kompressionskolben und einem aus zylindrischem Teil und Zylinderboden bestehenden Kompressions zylinder sowie einer daran anschließenden Druckkammer mit Isolierstoffdüse,
- d) mindestens einem mit einem Rückschlagventil ausgestatteten Durchlaß, der den Kompressionsraum mit der Druckkammer verbindet,
- e) Entlüflungsöffnungen mit zur Schaltkammer öffnenden Über druckventilen in der Wandung des Kompressionsraums,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- f) der Zylinderboden (9) ist im mit der Antriebsstange (13) mechanisch verbundenen zylindrischen Teil (4) verschiebbar, aber gasdicht gelagert,
- g) der Zylinderboden (9) wird in einer ersten Position durch eine Feder (8, 8′), die sich an einem ersten mit der Antriebs stange (13) fest verbundenen Anschlag abstützt, in Einschalt richtung gegen einen zweiten mit der Antriebsstange fest verbundenen Anschlag gedrückt,
- h) der Zylinderboden (9) ist durch den von Lichtbögen über einer vorgegebenen Stromstärke hervorgerufenen Druck gegen die Kraft der Feder (8, 8′) in eine zweite Position drückbar.
2. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Anschlag als Absatz (22) und der zweite An
schlag als Bund (23) der Antriebsstange (13) ausgebildet sind.
3. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinderboden (9) einen in den
Kompressionsraum (7) weisenden, im zylindrischen Teil (4) des
Kompressionszylinders gasdicht gleitenden Rand (17) aufweist,
welcher in der ersten Position des Zylinderbodens (9) die im
zylindrischen Teil (4) angeordneten, den Kompressionsraum (7) mit
der Schaltkammer verbindenden Auslaßöffnungen (11′) verschließt
und in der zweiten Position des Zylinderbodens (9') die Auslaß
öffnungen (11′) durch den ihm angebrachte Öffnungen (18)
freigibt.
4. Druckgasschalter nach Patentanspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchlässe (1′) durch die Öffnungen (18) im Rand
(17) des Zylinderbodens (9) gebildet sind, die in der ersten
Position des Zylinderbodens (9) in eine Erweiterung (19) der
Zylinderinnenwandung münden und während der Verschiebung in die
zweite Position des Zylinderbodens (9) durch die Zylinderwandung
nach einen vorbestimmten Hub verschlossen werden und daß zu der
Feder (8) eine kürzere Zusatzfeder parallel angeordnet ist, die
erst nach der Ausführung des Hubes wirksam wird.
5. Druckgasschalter nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als erster Anschlag eine mechanische, Durchbrüche auf
weisende Verbindung (21) des zylindrischen Teiles (4) mit der
Antriebsstange (13) innerhalb des Kompressionsraumes dient und
daß der zweite Anschlag als Bund (23′) an der Innenwandung der
Druckkammer (6) ausgebildet ist.
6. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bewegliche Schaltstück (3) mit dem
verschiebbaren Zylinderboden (9) über einen Schaltstückträger
(20) fest verbunden ist, über den der elektrische Anschluß
erfolgt.
7. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Entlüftungsöffnungen (11) im
Kompressionskolben (14) angeordnet sind und mit Ventilen (16)
versehen sind, welche bei Drücken im Kompressionsraum (7) öffnen,
die oberhalb des Druckbereiches in der Druckkammer liegen, der
Lichtbögen unterhalb der vorgegebenen Stromstärke zugeordnet ist.
8. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Kompressionsraum (7) und
der Schaltkammer mindestens ein Belüftungsventil (24) angeordnet
ist, das während der Einschaltung geöffnet und sonst geschlossen
ist.
9. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
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 der
Druckkammer (6) kritischen Wert erreicht.
10. Druckgasschalter nach Patentanspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Überdruckventil (25) durch mindestens eine Öffnung
(27) im zylindrischen Teil (4) gebildet wird, die von einem in
die Druckkammer (6) ragenden Teil des Zylinderbodens (9) bei
zulässigem Druck verschlossen sind und bei einer unzulässigen
Druckerhöhung dadurch geöffnet werden, daß der Zylinderboden (9 )
infolge der Druckerhöhung aus der zweiten Position weiter in eine
dritte Position verschiebbar ist und daß der Feder (8′) eine
Zusatzfeder zugeordnet ist, die nur zwischen der zweiten und der
dritten Position des Zylinderbodens (9) wirksam ist.
11. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
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 der Druckkammer (6) kritisch
ist.
12. Druckgasschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß gegen Ende der Ausschaltbewegung die
Teile, die die Schalterbewegung ausführen, mittels eines Dämpfers
abgebremst werden.
13. Druckgasschalter nach Patentanspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Entlüftungsöffnungen (11') des Kompressionsraums (7)
zur Schaltkammer gegen Ende der Schaltbewegung vom Zylinderboden
(9) verschlossen werden.
14. Druckgasschalter nach Patentanspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Entlüftungsöffnungen (11′) des Kompressionsraumes
von einem mit dem Träger des Kompressionskolbens (29) fest ver
bundenen, außen auf dem zylindrischen Teil (4) des Kompressions
zylinders gleitenden Zylinderring (30) verschlossen werden.
Priority Applications (3)
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DE19873720816 DE3720816A1 (de) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | Schalter mit selbsterzeugter loeschgasstroemung |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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