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Elektrischer Sehalter.
Elektrische Schalter, bei welchen der Unterbrechungslichtbogen durch einen Gas-oder Flüssigkeits- strom gelöscht wird, insbesondere aber solche, bei denen dieser Strom vom Lichtbogen selbst erzeugt wird, sind bekannt. Der löschende Flüssigkeitsstrom wird dort entweder durch einen Hilfslichtbogen erzeugt oder durch eine Pumpe, die vom Schaltmechanismus angetrieben wird.
Die Verwendung eines Hilfsliehtbogens für diesen Zweck führt zu ziemlich komplizierten Schalterkonstruktionen und ist auch mit andern Nachteilen verbunden, die sich besonders beim Schliessen des Schalters geltend machen.
Wenn der Flüssigkeitsstrom von einem vom Schaltmechanismus angetriebenen Kolben erzeugt wird, muss der Schaltmechanismus bei jeder Unterbrechung die gleiche Flüssigkeitsströmung hervorrufen,
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erforderliche Flüssigkeitsströmung ganz bedeutend ist, wird der Schaltmechanismus bei jeder Unterbrechung erheblich belastet und muss deshalb sehr kräftig bemessen werden.
Es sind auch andere Unterbrecher bekannt, bei welchen der Flüssigkeitsstrom vom Unterbrechunglichtbogen selbst hervorgerufen wird, doch wirkt dort der vom Lichtbogen erzeugte Dampfdruck unmittelbar auf das den Lichtbogen löschende Medium und erzeugt einen den Lichtbogenpfad überquerenden Flüssigkeitsstrahl an einer von der ersten Unterbrechungsstelle ziemlich weit entfernten Stelle. Der Lichtbogen erhält so, ehe die Löschwirkung eintritt, eine ziemlich grosse Länge, so dass er eine bedeutende Energiemenge verbraucht.
Da das flüssige Löschmittel durch den bei der Stromunterbrechung gebildeten Lichtbogen verdampft wird und der durch die Wärmewirkung des Lichtbogens erzeugte Dampfüberdruck-bzw. der Gasüberdruck, wenn ein gasförmiges Löschmittel verwendet wird-aber um so kräftiger auf jene Kolbenfläche wirkt, die das Löschmittel in Bewegung setzt, je stärker der Lichtbogen ist, so passt sich die Antriebskraft und damit die Stärke der Löschmittelströmung der Stärke des zu unterbrechenden Stromes selbsttätig an.
Nach der Erfindung sind die Kontakte des Schalters in einer Kammer eingeschlossen, die mit einer andern Kammer durch einen oder mehrere Kanäle in Verbindung steht, von welchen wenigstens einer vom Lichtbogen passiert wird.
Der Rauminhalt dieser Kammern kann dadurch verändert werden, dass einige ihrer Wände beweglich und so miteinander verbunden sind, dass eine Vergrösserung des Volumens der einen Kammer eine Verminderung des Rauminhaltes der andern Kammer herbeiführt. Die Kammern sind zweckmässig zylindrisch ausgebildet, wobei die beweglichen Wände als Kolben dienen oder den Zylindermantel bilden. Die effektiven Zylinderdurchmesser können entweder gleich oder verschieden sein, und wenn im folgenden von dem grösseren oder kleineren Zylinder gesprochen wird, ist damit der Zylinder mit dem grösseren oder kleineren Durchmesser gemeint.
Wenn durch die Einwirkung des Lichtbogens im Zylinder ein Druck entsteht, wird dieser auf den grösseren Kolben eine grössere Kraft ausüben als auf den kleineren, so dass eine resultierende Kraft auf die beiden Kolben wirkt, die sie in der Richtung der grösseren Kraft bewegt. Dadurch wird das Volumen des kleineren Zylinders verkleinert und die darin befindliche Flüssigkeit durch die die beiden Zylinder verbindenden Kanäle aus dem kleineren Zylinder gedrückt.
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Die Anordnung kann auch so ausgeführt werden, dass der vom Lichtbogen erzeugte Druck auf die eine Seite eines einfachen Kolbens wirkt, auf dessen anderer Seite ein gleichmässiger Druck, z. B. der Atmosphärendruck, herrscht. Hiebei drückt der Kolben auf eine Kammer, deren Volumen derart ver- kleinert wird.
Sobald der Unterbrechungslichtbogen entsteht, wird ein Teil der Loschflüssigkeit vergast, oder wenn ein gasförmiges Löschmittel benutzt wird, wird dieses stark erwärmt und erfährt dadurch eine bedeutende Volumsvergrösserung. Durch den hiebei entstehenden bedeutenden Druck werden die beweglichen Teile der Zylinder stark beschleunigt und erzeugen durch die von ihnen bewirkten Volumsänderungen der Zylinder einen kräftigen Flüssigkeitsstrom durch den vom Lichtbogen passierten Kanal oder einen den Lichtbogenpfad überquerenden Flüssigkeitsstrom. Die innige Berührung des Lösungsmittels mit dem Lichtbogen bewirkt somit, dass dieser nach einer oder zwei Halbperioden ausgelöscht wird.
Obwohl grundsätzlich gleichgültig, ist es doch vorteilhaft, den Lichtbogen im kleineren und nicht im grösseren Zylinder entstehen zu lassen, da sich gezeigt hat, dass der bewegliche Kontakt weniger angegriffen wird, wenn das Lösehmittel entgegen der Bewegungsrichtung des beweglichen Kontaktes strömt.
Die Wirksamkeit der Anordnung geht aus dem Folgenden hervor : Wenn angenommen wird, dass die vom Lichtbogen vergaste und teilweise dissoziierte Flüssigkeitsmenge das 100fache Volumen der nicht vergasten Flüssigkeit aufweist und dass der bewegliche Wandteil des grösseren Zylinders viermal so gross ist wie jener des anderen, dann wird der die Zylinder verbindende Kanal für jeden Kubikzentimeter vergaster Flüssigkeit von y (100-1) = 132 cm3 des Gas-Flüssigkeitsgemisches durchströmt, da sich der Volumszuwachs auf beide Zylinder verteilt, von denen zwar dereine eine Vergrösserung, der andere aber gleichzeitig eine Verminderung seines Rauminhaltes um ein Viertel des Raumzuwachses des grösseren Zylinders erfährt.
Wenn weiter angenommen wird, dass die ganze entwickelte Gasmenge den Kanal durchströmt, dann müssen den Kanal gleichzeitig noch weitere 33 cm3 Flüssigkeit durchfliessen, da das Gasvolumen mit 100-1 = 99 cm3 angenommen worden ist. In Wirklichkeit gelangt zwar ein Teil des Gases und der Flüssigkeit auch auf anderem Wege vom einen Zylinder in den andern, nichtsdestoweniger aber wird der Kanal während des Unterbreehungsvorganges von einer beträchtlichen Flüssigkeitsmenge durchflossen.
In den Zeichnungen sind verschiedene beispilsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt einen Ölschalter nach der Erfindung, u. zw. ist in dieser Fig. 1 ein Ölbehälter mit einem Deckel 2. Die an dem Deckel 2 befestigten Durchführungsisolatoren 3 tragen feststehende Kontakte 8 sowie eine die Kontakte umgebende Druckkammer 4. Eine Isolierstange 5 trägt die Brücke 7 mit den beweglichen Kontakten 6. Wie die die Druck- odér Löschkammr 4 in grösserem Massstabe darstellende Fig. 2 zeigt, ist der vom Isolator 3 getragene, feststehende Kontakt 8 mit Kontaktblöcken 9 versehen, die, einen federnden Hülsenkontakt bildend, von Blattfedern 10 getragen und durch ringförmige Schraubenfedern 11 zusammengepresst werden. Der Kontakt 8 ist von einer Metallhülse 12 umgeben, an der mittels
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Papier, trägt.
Der Zylinder 13 ist mit einem Deckel 14 und einem Boden 15 versehen, die durch Bolzen 17 in geeignetem Abstand gehalten und mit Löchern 18 bzw. 19 für den Durchschnitt des beweglichen Kontaktes 6 versehen sind. Das Loch 18 im Deckel 14 hat ungefähr den gleichen Durchmesser wie der bewegliche Kontakt 6. Unmittelbar unter dem Boden 15 ist ein weiterer Boden 20 angeordnet, der seitlich frei beweglich und mit einem dem beweglichen Kontakt gut angeassten, nach aussen konisch erweiterten Loch 21 versehen ist. Infolge der beweglichen Anordnung des Bodens 20 kann das Loch 21 den Kontakt 6 genau umschliessen, auch wenn der bewegliche Kontakt 6 sich nicht gerade zentrisch zum Zylinder 1, 3 bewegt. Die konische Erweiterung des Loches 21 gewährleistet den sicheren Eintritt des beweglichen Kontaktes 6 in die Öffnung 21. Der Zylinder 13 ist von einem.
Metallzylinder 22 umgeben, der oben mit einem Metallring 2. 3 versehen ist und unten mit einem einwärts umgebogenen Bord 24, dessen Rand genau um den Zylinder 13 passt. Der Ring 23 passt genau um die Metallhülse 12 und weist an seiner Innenseite eine Ausdrehung 25 auf, die mit dem Inneren der Kammer durch Bohrungen 29 in Verbindung steht und mit dem Raum ausserhalb des Zylinders durch eine Öffnung 30. Die Bohrungen 29 sind für gewöhnlich durch mittels Federn 27 gegen sie gepresste Ventile 28 verschlossen.
Wenn sich nun der bewegliche Kontakt 6 von den Kontaktblöcken 9 fortbewegt, dann entsteht zwischen den Kontakten 6 und 9 ein Lichtbogen, der zunächst die Flüssigkeit in dem über dem Deckel 14 befindlichen Raume 32 verdampft und dann, wenn er in den unteren Raum 38 gezogen wird, auch die dort befindliche Flüssigkeit. Der dadurch entwickelte Druck wirkt auf die untere Seite des Ringes 2. 3 mit einer aufwärts gerichteten, auf den umgebogenen Bord 24 des Zylinders 22 aber mit einer abwärts gerichteten Kraft. Die erstere Kraft ist viel grösser als die andere, so dass der Zylinder 22 durch die, resultierende Kraft eine aufwärts gerichtete Bewegung erfährt, bei der der Raum zwischen den Zylindern 22 und 13 verkleinert, der obere Raum 32 aber vergrössert wird.
Dadurch wird das Löschmittel zuerst aus dem erstgenannten Raume durch die Öffnungen 31 in den unteren Raum 3, dann aus diesem durch den Kanal 18 in den Raum 32 gepresst. Nachdem der Lichtbogen gelöscht ist, wird der Zylinder 22 von der Feder 34 wieder in seine Ausgangsstellung zurückgeführt.
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zu vermeiden. Um ferner das Entweichen der Gase nach dem Löschen zu erleichtern, ist der Ring 16 mit kleineh Löchern 35 versehen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht der feste Kontakt 42 mit dem Zylinder 36 aus einem
Stück. Dieser Zylinder ist aus Metall hergestellt und wird von dem Isolator. 3 getragen. Im Zylinder 36 befindet sich ein Kolben 37, der durch Stangen dz die durch den Zylinderboden reichen, mit einem andern
Kolben 39 verbunden ist, der in einem weiteren Zylinder 40 beweglich ist. Der Zylinder 40 besteht aus
Isoliermaterial und weist einen beträchtlich kleineren Durchmesser auf als der Zylinder 36. Wenn sich nun der bewegliche Kontakt 41 vom feststehenden Kontakt 42 entfernt, so entsteht ein Lichtbogen zwischen diesen beiden Kontakten, und, da beide Kammern oder Zylinder mit einem, den Lichtbogen löschenden Medium gefüllt sind, wird dieses verdampft und erzeugt einen aufwärts wirkenden Druck auf den Kolben 37 und einen abwärts wirkenden auf den Kolben 39.
Da die beiden Kolbenflächen verschieden gross sind, wirkt die resultierende Kraft nach oben, so dass beide Kolben aufwärts bewegt werden. Bei dieser Bewegung wird die Löschflüssigkeit aus dem kleineren Zylinder durch das Loch 43 ausgepresst und dabei in innige Berührung mit dem Lichtbogen gebracht. Nach dem Erlöschen des Lichtbogens werden die Kolben durch die Wirkung der Feder 44 in ihre ursprüngliche Stellung zurückgeführt.
Fig. 4 veranschaulicht eine Abänderung der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform, bei der die Zylinder 36 und 40 durch eine aus Isoliermaterial hergestellte Wand 45 getrennt sind. Der feststehende
Kontakt ist hiebei, um eine federnde Berührung sicherzustellen, elastisch mit den leitenden Teilen der
Kammer 36 verbunden. Die Wand 45 ist mit einem Loch versehen, durch das der bewegliche Kontakt hindurchgehen kann.
Bei den Ausführungsformen nach Fig. 5 und 6 sind die Mantelteile der Zylinder gegeneinander beweglich. Der obere Zylinder 36 ist vorzugsweise aus Metall, der untere 40 aus Isoliermaterial hergestellt.
Bei beiden Ausführungsformen ist der bewegliche Kontakt elastisch angeordnet und sind die Zylinder durch eine Wand 45 getrennt. Diese Wand ist durch Bolzen 46 getragen, welche von Schraubenfedern 47 umgeben sind, die auf den oberen Kolben wirken. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der durch eine Öffnung 48 der Wand 45 reichende, feststehende Kontakt mit einem Kanal 49 und Öffnungen 50 versehen. Der untere Zylinder ist mit dem oberen Kolben fest verbunden, so dass, wenn ein Druck in den Zylindern entsteht, der untere Zylinder aufwärts bewegt wird und die in demselben enthaltene Flüssigkeit durch den Kanal 49 und Öffnungen 50 bzw. durch das in der Wand 45 vorgesehene Loch 51 in den oberen Zylinder gepresst wird.
In den Fig. 7,8 und 9 sind Ausführungsformen gezeigt, bei welchen die Wand 45 durch mehrere Wände oder Scheiben 52 ersetzt ist, die in an sich bekannter Weise mit je einem mittleren Loch versehen sind. Die übereinander angeordneten Löcher der Scheiben 52 bilden so einen Kanal für den beweglichen Kontakt. Nach den Fig. 7 und 8 sind diese Scheiben in kleinem Abstand voneinander angeordnet und gemäss Fig. 8 überdies mit seitlichen Löchern 53 versehen, die eine Strömung der Löschflüssigkeit quer durch den Lichtbogenpfad bewirken. Fig. 9 zeigt einen in zur Schnittebene der Fig. 8 senkrechter Ebene geführten Schnitt dieser Anordnung.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 ist der obere Kontakt 54 an einem in dem Zylinder 56 beweglichen Metallkolben 55 befestigt. Der Zylinder 56 ist an dem Isolator 57 befestigt, und der obere Kontakt mit dem Zylinder 56 durch einen biegsamen Leiter 58 verbunden. Eine Feder 59 dient dazu, den Kolben 55 in seiner tiefsten Stellung zu halten. Der Kolben 55 ist mit einem Flansch 62 versehen und trägt einen Zylinder 60, in dem gerade vor dem Kontakt 54 eine Zwischenwand 61 mit einem Loch vorgesehen ist, durch das der bewegliche Kontakt 41 passieren kann. Mit dem Zylinder 56 ist ein Zylinder 63 aus Isoliermaterial fest verbunden, der einen grösseren Durchmesser aufweist als der Zylinder 60 und diesen umschliesst. Der Flansch 62 passt ziemlich genau in den Zylinder 63, um eine ausreichende Dichtung zu erzielen.
Auch der Boden 64 des Zylinders 63 ist mit einem Loch für den beweglichen Kontakt versehen, während im Kolben 55 eine Öffnung 67 für den Durchtritt der Löschfliissigkeit angeordnet ist.
Wenn nun die Kontakte 41 und 54 getrennt werden und der bewegliche Kontakt 41 aus dem Loch in der Zwischenwand 61 ausgetreten ist, dann bewirkt der auf den Kolben 55 und den Flansch 62 ausgeübte Druck des verdampften Löschmittels eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 55 mit dem oberen Kontakt 54, wobei überdies die Entfernung der beiden Kontakte weiter vergrössert wird. Wenn nach Unterbrechung des Lichtbogens die Löschflüssigkeit wieder kondensiert, dann kehrt auch der Kolben 55 unter der Wirkung der Feder 59 wieder in seine Ausgangsstellung zurück.
Ähnlich ist auch die Wirkung der Anordnung nach Fig. l], die sich-von der Ausführungsform nach Fig. 10 dadurch unterscheidet, dass der feststehende Kontakt 54 und der Kolben 55 durch eine Stange 65 am Isolator befestigt sind. Bei dieser Anordnung ist daher nicht der Kolben 55, sondern der Zylinder 56 mit dem an ihm befestigten Isolierzylinder 63 beweglich, wird aber von der Feder 59 für gewöhnlich in seiner oberen Stellung gehalten.
Bei der Anordnung nach Fig. 12 ist der feststehende Kontakt 54 an einem Metallteil 66 befestigt, der auch die beiden festen, aus Isoliermaterial bestehenden Zylinder 70, 73 trägt. Der Zylinder 70 ist, nahe vor dem festen Kontakt 54, mit einer Zwischenwand 71, der Zylinder 73 mit einem Boden 74 versehen.
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Der den Zylinder 70 umschliessende Raum ist durch Löcher 68 mit dem Innenraum des Zylinders 70 verbunden. Zwischen den Zylindern 70 und 73 ist ein beweglicher Metallzylinder 72 angeordnet, der an seinem unteren Teil einen Flansch trägt, dessen Durchmesser der Bohrung des Zylinders 7. 3 entspricht.
Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Isolationszylinder fest angeordnet, und nur der dazwischenliegende Metallzylinder 72 kann sich in senkrechter Richtung bewegen, wird aber von den auf kleinen Bolzen 75 sitzenden Federn 69 für gewöhnlich in der unteren Lage gehalten. Nach Entzündung eines Lichtbogens zwischen den Elektroden 41, 54 wird der Metallzylinder 72 durch den sich entwickelnden Dampfdruck aufwärts bewegt, wobei sich der mit dem Inneren des unteren Zylinders durch die Öffnungen 68 verbundene Teil des zwischen den Zylindern 70, 73 eingeschlossenen Raumes vergrössert, der mit dem oberen Zylinder kommunizierende Raumteil aber verkleinert. Auch hier ist es die Kraft der Federn 69, die den Zwischenzylinder 72 nach Beendigung des Abschaltvorganges wieder in seine Ausgangsstellung zurückführt.
Die Anordnung nach Fig. 13 ist ähnlich der nach Fig. 12. Der Isolator 57 trägt einen Metallzylinder 86, der seinerseits einen Zylinder 80 aus Isolationsmaterial trägt. Dieser Zylinder ist nahe vor dem festen Kontakt 54 mit einer Zwischenwand 81 versehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der äussere Zylinder 83 mit dem Metallfutter 85 beweglich und wird von den auf kleinen Bolzen 75 sitzenden Federn 69, die auf den nach innen gerichteten Flansch des Futters 85 wirken, in seiner oberen Stellung gehalten. Der Zylinder 83 ist auch mit einem Boden 84 versehen, in dem ein Loch für den beweglichen Kontakt 41 vorgesehen ist. Der Metallzylinder 86 weist eine Öffnung 88 zum Durchgang der Löschflüssigkeit auf. Der Zylinder 80 ist an dem Zylinder 82 befestigt, der auch die Bolzen 75 trägt. In ihrer Wirkungsweise ist die Anordnung nach Fig. 13 jener nach Fig. 11 ähnlich.
Die in Fig. 14 veranschaulichte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes eignet sich besonders für Schalter, bei denen Wasser als Löschmittel dient. Die Löschkammern, welche die von den Isolatoren 91 getragenen, feststehenden Kontakte 97 tragen, werden von mehreren gegeneinander beweglichen Zylindern gebildet. Die beweglichen Kontakte 93 sind an einer Brücke 94 befestigt, die von einer isolierenden, Stange 95 getragen wird, die mit dem auf der Zeichnung nicht dargestellten Schaltmechanismus verbunden ist. Die Isolatoren 91 ruhen auf einer Unterlage 92, die etwa den Boden des Schalters bildet.
In Fig. 15 ist eine der Löschkammern in grösserem Massstabe gezeigt. Die Löschkammer wird von einem durch einen Deckel 105 abgeschlossenen Zylinder 104 gebildet, der wie alle übrigen aus Metall hergestellt sein kann, doch müssen die Deckel aller Zylinder aus Isoliermaterial bestehen. Der nahe dem
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der er durch Federn 110 auf Bolzen 109 und biegsamen Leitern 108 elastisch und gut leitend verbunden ist. Ein den festen Kontakt 97 umschliessender, unten offener Zylinder 98 ist mittels Bolzen 106 am Boden des Behälters 104 befestigt. Dicht um die Öffnungen des Zylinders 98 schliesst sich ein oben offener, unten durch einen Boden 101 abgeschlossener Zylinder 102, der mit einem weiteren, im Behälter 104 beweglichen Zylinder 100 fest verbunden ist.
Der Zylinder 98 ist oben durch einen Deckel 99 abgeschlossen, so dass der feststehende Kontakt 97 vollkommen eingeschlossen ist. Auch der bewegliche Zylinder 100 trägt oben einen Deckel 103, der wie ein Kolben in der Kammer 104 beweglich ist, Die Deckel 99, 103 und 105 der Zylinder 98, 100 und 104 sind mit je einem Loch für den Durchgang des beweglichen Kontaktes 93 versehen. Der bewegliche Kontakt 93 weist am unteren Ende eine Längsbohrung auf, die durch Schlitze 96 mit dem Aussenraum in Verbindung steht.
Wenn bei dieser Anordnung die Kontakte voneinander getrennt werden, so entsteht zwischen ihnen ein Lichtbogen, der das Wasser verdampft. Im ersten Augenblick wird der Dampf durch die Löcher 96 entweichen, so dass der Druck beiderseits des Deckels 99 bzw. des Bodens 101 ungefähr gleich wird. Der an der unteren Seite des Deckels 103 wirkende Druck verursacht eine aufwärts gerichtete Bewegung des Zylinders 100, und da der Zylinder 102 mit diesem Zylinder fest verbunden ist, wird der
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geht, der derart sehr schnell gelöscht wird. Gewöhnlich wird der Schalter bis zu der mit einem Pfeil bezeichneten Linie mit Wasser gefüllt, es kann aber auch so wenig Wasser benutzt werden, dass der Wasserspiegel nicht bis an den Deckel 103 reicht.
Bei der in Fig. 16 dargestellten Abänderung der Löschkammer nach Fig. 15 ist der feste Kontakt 111 mit einer Bohrung und auch die den Kontakt 111 tragende Hülse 112 mit einem Kanal 113 versehen. Bei dieser Ausführungsform braucht der bewegliche Kontakt keine Bohrung aufzuweisen. Bei der Unterbrechung wird der im Inneren des Zylinders 98 entstehende Dampf durch den Kanal 113 in den Raum ausserhalb des Zylinders strömen. Die weitere Ausführungsform nach Fig. 17 unterscheidet sich von der nach Fig. 16 nur dadurch, dass der feststehende Kontakt selbst als Hülsenkontakt mit federnd befestigten Kontaktblöcken 116 ausgebildet ist.
In Fig. 18 ist noch eine Ausführungsform der in Fig. 15 gezeigten Anordnung dargestellt, bei der der Lichtbogenweg von einer Anzahl quer verlaufender, von Isolationsscheiben 118 gebildeter Kanäle 119 gekreuzt wird. Die Form der Scheiben 118 ist in Draufsicht in Fig. 19 veranschaulicht.
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Bei den in den Fig. 14-18 gezeigten Anordnungen ist die von dem Zylinder 98 eingeschlossene Druckkammer mit einem Bodenventil 117 versehen, das bei einem bestimmten Überdruck öffnet und so die Druckkammer vor gefährlichen Spannungen schützt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Schalter, bei dem der durch den Unterbrechungslichtbogen entstehende Überdruck durch Einwirkung auf eine Kolbenfläche ein flüssiges oder gasförmiges Löschmittel gegen den Lichtbogen
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