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Druckluftschalter Es sind Druckgasschalter bekannt, bei denen die
erforderliche Löschströmung durch eine von der Lichtbogenenergie angetriebene Pumpeinrichtung
erzeugt wird. Diese bekannten Einrichtungen sind nur für sehr kleine Abschaltleistungen
brauchbar.
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Durch die Erfindung soll bei einem derartigen Schalter die Löschwirkung
verbessert und damit die Leistungsfähigkeit :des Schalters gesteigert werden. Die
Gasschicht in der nächsten Umgebung des Lichtbogens nimmt sehr schnell eine hohe
Temperatur an, die weiter entfernt liegenden Schichten bleiben aber infolge des
kleinen Wärmeleitvermögens der Gase verhältnismäßig kühl. Dem Lichtbogen wird zu
langsam Wärme entzogen, so daß auch der Druckanstieg nicht genügend kräftig und
plötzlich in Erscheinung tritt, um eine ausreichende Löschströmung zu bekommen.
Um dem Lichtbogen möglichst schnell Wärme zu entziehen und den Gasinhalt der Schaltkammer
möglichst schnell auf einen hohen Druck zu bringen, der eine ausreichende Löschströmung
verbürgt, soll einerseits der Lichtbogen in der oberen Kammer durch einen Blasmagneten
zum Rundlaufen gezwungen werden, damit möglichst viel Gasteilchen in kurzer Zeit
mit dem Lichtbogen in Berührung kommen, und es soll andererseits :durch einen besonderen
Aufbau des-Differentialkolbens der übrige Gasinhalt der Schaltkammer in-recht wirkungsvoller
Weise über den Lichtbogen hinweggespült werden, um auch diesen Gasinhalt zur schnellen
Lichtbogenkühlung 'heranzuziehen. Hierauf wird zu einem späteren Zeitpunkt ein Auslaß
der Schaltkammer durch den Kontaktstift freigelegt, durch den der Druckgasinhalt
ins Freie expandieren kann.
Es ist bekannt, einen Lichtbogen durch
eine Magnetspule zu bewegen; .es ist auch bereits bekannt, in einer Schaltkammer
einen Differentiälpümpkolben einzubauen. Werden beide Mittel bei einem Gasdruckschalter
vereint; so ist es wesentlich, daß der Differentialkolljen eine besondere Gestalt
besitzt. Er muß eine in der Bewegungsrichtung des Kolbens verlaufende Bohrung besitzen,
durch die der Kontaktstift hindurchgleitet und mit deren Hilfe er den Freigabezeitpunkt
für den Überströmquerschnitt während des Ab'schaltens festlegt. Darüber hinaus soll
es ermöglicht werden, daß mit verhältnismäßig wenig Gasvolumen eine genügende Abriegelung
der Lichtbogenstrecke erfolgt, damit der Kontaktstift Zeit findet, eine sichtbare
Luftstrecke von ausreichender Länge einzustellen, ohne daß zuvor eine Rückzündung
auftritt.
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Dementsprechend besitzt .bei einem Druckgasschalter mit einem in einer
allseitig geschlossenen Schaltkammer angeordneten, den beweglichen Schaltstift umgebenden
und .die Kammer in zwei Räume unterteilenden Differentialkolben, der durch die vom
Lichtbogen hervorgerufene Drucksteigerung bewegt wird und der bei Freigabe der Durchtrittsöffnung
des beweglichen Kontaktes die unter dem Kolben zusammengedrückte Luft durch den
Lichtbogen hindurch in den Raum oberhalb des Differentialkolbens treibt, und bei
dem außerdem eine die Kontaktstelle des Schalters umfassende und durch die Abschaltbewegung
des Kontaktstiftes mit dem Lichtbogen in Reihe zu schaltende Magnetspule vorgesehen
ist, deren magnetische Krafteinwirkung den Lichtbogen zum Umlaufen bringt, erfindungsgemäß
der Differentialkolben einen zylinderförmigen Ansatz, der den Kontaktstift eng umschließt
und die Kammer auf der Seite des beweglichen Kontaktes durchdringt, wobei die Kolbenbohrung
für den Kontaktstift, die .durch einen ringförmigen Kanal mit dem unterhalb des
Kolbens liegenden Kammerraum in Verbindung steht, in ihrer Gesamtlänge so groß bemessen
ist, daß bei Ausfüllung dieser Kolbenbohrung mit dem aus dem unteren Kammerteil
zugepümpten kühlen Gas die Widerstandsstrecke dieser Gassäule bei der Spannung,
für welche der Sehalter bemessen ist, ausreicht, Rückzündungen zu vermeiden: Durch
diese Maßnahmen wird die Löschwirkung des Schalters bei jeder Abschaltleistung verstärkt.
Bei sehr kleiner Abschaltstromstäxke wird ;die Löschdauer verkürzt, und bei Überstromabschaltungen
hat man die Gewähr, däß infolge des Schaltkammeraufbaues höhere Stromstärken als
bei einem gewöhnlichen Löschkammerschalter gut bewältigt werden können. Von :großem
Nutzen ist hierbei die besondere Art des Zusammenarbeitens des Kolbens und des Kontaktstiftes
in bezug auf die Freilegung des Übergangquerschnittes im Kolben: Bei der Abschaltung
z. B. einer kleinen Stromstärke ist der Druckanstieg in der Lichtbogenkammer, wenn
auch durch das Rundlaufen des Lichtbogens erhöht, doch noch mäßig. Trotzdem setzt
sich der Kolben bei dem geringsten Überdruck im Lichtbogenraum in Bewegung, da auf
der Gegenseite des Kolbens bei Beginn der Bewegung noch kein Gegendruck vorhanden
ist. Aber nach verhältnismäßig- kleinem Kolbenweg wird bereits eine für das Einsetzen
einer Pumpwirkung genügend hohe Kompression erzielt. Der Kolben hat sehr Schnell
in der Pumpkämmer einen dem Flächenverhältnis des Kolbens entsprechenden Überdruck
gegenüber dem Druck in der Lichtbogenkammer erzeugt: Seine Bewegungsgeschwindigkeit
wird daher nach kurzem Weg schon abgebremst: Der Kontaktstift bewegt sich aber mit
gleichmäßiger Geschwindigkeit weiter und öffnet den Überströmquerschnitt im Kolben.
Es entsteht eine Strömung aus der Pumpkammer zur Lichtbogenkammer, die bei der kleinen
Lichtbogenstromstärke zur Löschung ausreicht. Erfolgt aber eine Rückzündung, sä
hat der Kontaktstift baldigst auch den Aüslaßquerschnitt im Kolben zum Raum außerhalb
der Schaltkammer freigelegt, so daß der Kammerinhalt über den gelängten und damit
geschwächten Lichtbogen hinweg aus .der Schaltkammer ausströmen und den Lichtbogen
löschen kann. Bei der Abschaltung hoher Stromstärken hingegen ist der erforderliche
Kolbenweg weit größer, bis die Pumpzvirkung eintritt. Es paßt sich das Zusammenspiel
von Kolben und Kontaktstift bei diesem Druckgasschalter selbsttätig der nunmehr
erforderlich werdenden Druckdifferenz für die Löschspülung an: Entsprechend dem
höheren Drucke im Lichtbogenraum muß auch die Kompression im Pumpraum eine hohe
sein. Dazu muß der Kolben aber einen größeren Weg zurücklegen. Da bei Beginn der
Bewegung des Kolbens auf seiner Pumpseite nur Atmosphärenspannung herrscht, so wird
der Kolben durch Wucht vorgeschleudert; er erreicht eine größere Geschwindigkeit,
als der Schaltstift besitzt, so daß die Verbindungsöffnung zwischen den beiden Kammerräumen
durch den Kontaktstift länger verschlossen bleibt als bei kleinen Stromstärken.
Es wird die Verbindungsöffnung erst dann freigelegt, wenn die Kompression im Pumpraume
so groß geworden ist, ,daß der Kolben in seiner Bewegungsgeschwindigkeit abgebremst
wird und sich nur mit kleinerer Geschwindigkeit weiterbewegt. Der Kontaktstift aber
behält seine Geschwindigkeit
bei, er legt die Ausströmöffnung der
Schaltkammer frei und zieht den Lichtbogen in den zylinderförmigen Kolbenansatz
hinein. Die durch die Verbindungsöffnung vom Pumpraum zum Lichtbogenraum einsetzende
Bespülung des Lichtbogens wird den Lichtbogen beim Stromnulldurchgang löschen. Geschieht
dies nicht, so folgt, nachdein der Kontaktstift den Auslaßquerschnitt der Schaltkammer
zur Außenluft freigegeben hat, ein Ausströriien auch durch den engen Kolbenkanal
über den gelängten und damit geschwächten Lichtbogen hinweg, so daß beim nächsten
Stromnulldurchgang die ganze Länge der engen Kolbenbohrung mit kühlem Gas angefüllt
ist. Die Länge des Kolbenansatzes ist so gewählt, daß bei der Höchstspannung, für
welche der Schalter bemessen ist, die Widerstandsstrecke .der Gassäule in der Kolbenbohrung
ausreicht, Rückzündungen zu vermeiden. Der Schaltstift erhält dadurch die genügende
Zeit, die sichtbare Lufttrennstelle einstellen zu können.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es bezeichnet
Q eine Löschkammer, die von dem Isolator b getragen wird. In der Löschkammer ist
ein Differentialkolben c eingebaut, .durch den der bewegliche Kontaktstift d hindurchgleitet,
um in der Einschaltstellung mit dem ortsfesten Kontakt e eine stromleitende Verbindung
herzustellen. Dein festen Kontakt e ist ein Hilfskontakt fvorgelagert, durch den
die Magnetspule g in den Stromkreis eingeschaltet wird, sobald der Kontaktstift
d beim Ausschalten den Kontaktteil e verlassen hat. Der Stromverlauf erfolgt dann
vom Kontaktstift d über den Hilfskontakt f zur Magnetspule g und von dort über die
Stromschiene h zum Anschlußkontakt i. Der Differentialkolben c besitzt radial zum
Kontaktstift verlaufende Kanäle h, durch die die Druckluft aus dem Pumpraum
1 zum Lichtbogenraum m überströmt, wenn der Kontaktstift d die Verbindungsöffnung
n der beiden Räume verlassen hat. Der Kolben c enthält darüber hinaus noch Ausströmkanäle
o, durch die zusätzlich Druckgas über den Lichtbogenpfad zum Raum außerhalb der
Löschkammer ausströmen kann. Die Feder p dient dazu, den Kolben c nach beendetem
Löschvorgang wieder in die Anfangsstellung zurückzuführen.
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Bei der Einleitung .des Ausschaltvorganges wird der Kontaktstift d
nach unten bewegt. Er verläßt den festen Kontakt e und kurz darauffolgend auch den
Hilfskontakt f, so daß zwischen dem Hilfskontakt f und dem Kontaktstift d ein Lichtbogen
brennt. Der Strom fließt nunmehr von dem Stift d über den Hilfsk ontakt f durch
.die Magnetspule,- und über die Leitung h zum Anschlußkontakt i. Die
durch die Magnetspule g hervorgerufene Blas, wirkung setzt den zwischen dem Kontakt
f und dem Stift d brennenden Lichtbogen in Umlauf, so daß eine gute Berührung mit
immer neuen Luftteilchen im Raume m zustande kommt. Der Druckanstieg in diesem Raum
erfolgt daher schnell und kräftig, so daß der Differentialkolben mit Wucht nach
unten getrieben wird. Auf seinem Wege verdichtet der Kolben den Luftinhalt im Raume
1. Während des Verdichtungsvorganges eilt der Differentialkolben der Kontaktstiftbewegung
voraus, und es bleibt die Verbindungsöffnung n zwischen den Druckräumen
1 und m verschlossen, bis der Druck im Pumpraum 1 so hoch ist, :daß er dem
Druck im Lichtbogenraum das Gleichgewicht hält, der Kolben also eine Gleichgewichtslage
erreicht hat. Erst jetzt öffnet der Kontaktstift d die Verbindungsöffnung jz, und
es entsteht eine Löschströmung vom Pumpraum 1 höheren Druckes zum Lichtbogenraum
m niedrigeren Druckes über den Lichtbogen hinweg. Hat der Kontaktstift d auf seinem
weiteren Ausschaltweg den Einlaßquerschnitt der Auslaßkanäle o überschritten, so
erfolgt ein zusätzliches Ausströmen des Löschmittels durch diese Auslaßkanäle hindurch,
und es wird zuverlässig gelöscht, da beirrt nächsten Stromnulldurchgang die ganze
Länge der Kolbenbohrung mit frischem Gas, das noch nicht mit dem Lichtbogen in Berührung
war, abgeriegelt wird.