DE561490C - Elektrischer Starkstromschalter, dessen Kontakte in einem Elektrolyten angeordnet sind - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 14. OKTOBER 1932

. REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 561490. KLASSE 21 c GRUPPE

2IC- P 76.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Mai 1928 ab

Gegenstand der (Erfindung ist ein elektrischer Schalter zum Abschalten von Starkströmen, wobei die Schalterkontakte in einen Elektrolyten eintauchen. Das Xeue und Wesentliche der Einrichtung besteht darin, dal.! die Metalldampfbildung beim Abschaltprnzeß völlig vermieden wird. Gleichgültig, ob Gleichstrom oder Wechselstrom geschaltet wird, und gleichgültig, ob beliebig starke Selbstinduktionen im Stromkreis liegen, erfolgt die Abschaltung völlig funkenlos. Dieser allseitig angestrebte, atier bisher niemals erreichte Fortschritt wird dadurch erzielt, daß man die. Stromunterbrechungsstelle in einen

gut leitenden Elektrolyten verlegt, in den die Elektroden ohne metallischen Kontakt eintauchen. Der Stromleitung zwischen den Elektroden stellen im Elektrolyten zwei Wege offen, einmal der Elektrisdtätstransport zwisehen den Elektroden mittels der Ionen des Elektrolyten, als zweiter Weg der Metalldampflichtbogen, der von! der Kathode ausgehen würde. Es ist nun ^hne weiteres klar, daß nach dem Gesetze des !geringsten Wider-Standes der Elektrizitätstransport auf demjenigen der beiden -Wege stattfindet, welcher den geringsten Widerstand aufweist, denn es besteht selbstverständlich kein Anreiz zu einer Lichtbogenbildung zwischen din Elektroden innerhalb des Elektrolyten, solange der Widerstand der Elektrolytstreclre kleiner ist. Wenn dagegen der Widerstand ebr Elektrolytstrcck'c größer als der Widerstand, eines evtl.

entstehenden Lichtbogens zwischen den Elektroden, beispielsweise im Falle des metallisehen Kontaktes zwischen den Elektroden, sein würde, so tritt selbstverständlich in diesem Augenblicke die Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden an Stelle des lonentransportes ein. Die funkenlose Abschaltung beliebiger Starkströme beruht also auf der gegenseitigen Abstimmung zwischen innerem Widerstand des Elektrolyten W₁ und dem Widerstände des evtl. Lichtbogens W₁, also auf der Formel W_t < W₁. Nicht auf die absoluten Werte der Widerstände kommt es an, sondern lediglich auf die Relativgrößen dieser beiden Widerstände, mit anderen Worten: Der Widerstand des lonentransportes durch den Elektrolyten muß sowohl im Augenblicke des Abschaltbeginnens wie auch während der ganzen Zeit des Abschaltweges immer kleiner sein als der Widerstand des Elektronentransportes durch den Lichtbogen. Hiernach könnte man auch einen funkenfreien Stromübergang auch bei minderleitenden Elektrolyten erreichen, sofern man nur den Elektrodenabstand entsprechend vergrößert und insbesondere die mittlere Stromdichte verringert. Man kommt aber bei minderleitendeu Elektrolyten dann auf unerträglich große Dimensionen, und außerdem ist die Sicherheit des völlig funkenlosen Abschaltens mehr oder minder in Frage gestellt. Jiet Verwendung gut leitender Elcktrolyte dagegen ist es möglich, außerordentlich starke Ströme

von vielen Tausend Ampere völlig funkenlos ohne die geringste Lichterscheinuug abzuschalten, obwohl die Elektroden, nur wenige Quadrat-Zentimeter aufweisen,- Auch bei vielen aufeinanderfolgenden Kurzschlüssen tritt-bei dem vorliegenden Schalter keine ionisation der Abschaltstrecke ein. und ebensowenig bedarf der Schalter eines freien Lichtbogenraumes. Er kann vielmehr überall untergebracht werden. Hinzu kommt, daß der .Schalter bei noch so hohen Normal Ieistungen ganz unverhältnismäßig kleine Dimensionen besitzt, außerordentlich betriebssicher undäußerst einfach ist, zumal, da eine Funken- «5 löschung erspart werden kann und aus allen diesen .Gründen außerordentlich preiswert ist. Der Schalter wird in bekannter Weise parallel zu einem gewöhnlichen Metallschalter \ angeordnet. Beim Ausschalten öffnet man zunächst den metallischen Hauptschalter, was absolut funkenlos erfolgt, da der Widerstand der Elektrolytstrecke -außerordentlich- gering ist. . Die Unterbrechung der Elektrolytstrecke erfolgt entweder dadurch, daß man eine der Elektroden aus dem Elektrolyten herauszieht oder die Elek-trolytstrecke zwischen den feststehenden Elektroden abdrosselt. Bei der Erfindung erfolgt die Abbremsung des Stromes nicht so sehr durch die Verlängerung der Elektrolytstrecke, weil der innere Wider' . stand so gering ist, als vielmehr durch die Flüssigkeitsbrücke, welche bei der Unterbrechung der Elektrolytstrecke auftritt, sei es nun, daß die eine Elektrode beim Heraüsziehen aus dem Elektrolyten eine" Wasserhosen-"" ähnliche Einschnürung der hochgerissenen Flüssigkeitssäule erfährt, sei es, daß die Elektrolytstrecke durch Zwischenschalten einer Isolierwand abgedrosselt wird. Infolge der Einschnürung der gut leitenden Elektrolytstrecke nimmt die Leitfähigkeit der Elektrolytstrecke sehr schnell ab, so daß auch bei noch so starken Kurzschlüssen nur hoch ein verhältnismäßig kleiner Strom im Augenblick der Unterbrechung besteht.

Von besonderem Vorteil ist es. zwei Elektrolytstrecken anzuwenden, in welche eine bewegliche Brücke eintaucht. Dadurch werden zwei hintereinandergeschaltete elektrolytische Unterbrechungsstellen geschaffen,· \-on denen eine immer eine negative Polarität besitzt, bei der eine Lichtbogenbildung nicht auftreten kann, da eine Flüssigkeit keinen Kathodeuileck erzeugen kann. Auch dieser Umstand verhindert die Lichtbogenbildung mit.

* Es ist bereits bekannt, zum Anlassen von Motoren und zum Regeln von elektrischen Strömen wie auch zinn Abschalten Elektrblyte zu verwenden, insbesondere Sodalösungen, angesäuertes Wasser o. dgl. In allen diesen Fällen beruht aber der Abschaltprozeß auf clem: hohen Widerstand eier Eiekürolytstreckc. ' Man hat absichtlich einen möglichst hohen Widerstand--zwischen die Elektroden geschaltet. Um diesen Widerstand noch kirnstlieh zu erhöhen. Bei der vorliegenden Erfindung dagegen wird von diesem Widerstandsmoment völlig abgesehen und im Gegenteil eiiv möglichst niedriger Elektrolytwiderstand aus· den oben angegebenen Gründen gewählt. Unabhängig hiervon hat man auch bereits Schalter vorgesehen, bei welchen die Elektroden bei schlecht leitenden Elektrolyten sich nicht berührt haben. Hierbei waren die Elektroden frei -schwingend- aufgehängt, so daß beim Beginn des Stromdurchgangs ein Kontakt infolge def elektromagnetischen gegenseitigen Anziehung erfolgen wüi^de." Aber auch selbst wenn, die Elektrode fest gelagert wäre, so ist der Erfindungsgedanke dadurch nicht berührt, weil es bei eier vorliegenden Erfindung nicht allein auf die Verwendung gut leitender Elektrolyte und auch nicht allein auf den Nichtkontakt der Elektroden ankommt, sondern auf clic gegenseitige Abstimmung zwisehen Elektrolytwiderstand und. eventuellem Lichtbogenwiderstand. .

In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen der Erfindimg dargestellt.

Fig. ι zeigt schematisch einen Schalter mit einer Elektrolytzelle im Schnitt.

Fig. 2 zeigt einen Elektrolytschalter mit zwei Zellen und einer Brücke als Schaltelement, '-."/"."

Fig. 3 zeigt die Spannungsunterteilung' mitfels mehrerer .Zellen, · -;'."".-....

Fig. 4 die Stromunterteilung innerhalb einer Zelle im Längsschnitt,

Fig. 5 den Querschnitt durch die Zelle nach Fig. 4, Ϊ -_ toc

Fig. ö eine SondervOrrichtung mit Abdrosselung der Elektrolytstrecke. " _:"

Tn Fig. ι bedeuten b und c die Pole des Schalters. Sie sind /in einem Isoliergefäß ei ' voneinander getrennt) angeordnet. Die Strom-Ö den

örper örper

ausgebildet sein. Im eingeschalteten Zustand des Schalters reicht der Elektrolyt bis /, bei ausgeschaltetem Schälter bis /'. Die Schal- , tung erfolgt durch Herausziehen bzw. Eintauchen, des Körpers α, der als Strombrücke natürlich keine Käbelziifühnmg besitzt. Um Kriechsfröme längs der Wandung des Isoliergefäßes d zu vermeiden, das aus Glas bestehen kanu, ist es vorteilhaft,- im Behälter d ein Luftpolster in Form eines Ringes r anzu-. ordnen. ""'"..

Fig. 2 zeigt ..die Anordnung mit zwei feststehenden Kontakten b und c in zwei durch eine. Scheidewand d' voneinander isolierten

Zellen. Die Strombrücke ist als Bügel α aus gebildet, die gehoben bzw. eingetaucht wird. l"m die Spannung zu unterteilen, können mehrere Zellen nach Fig. 3 in Reihe geschaltet werden, wobei die Verbindung zwischen Ilen Zellen teils durch die Zellenverbindung v, teils durch die Bügel oder Brücken α gebildet wird. Die Stromunterteilung ist auch in- Fig. 4 und 5 dargestellt, und zwar in einer Ausführung mit streifenförmigen Elektroden, die gleichzeitig auch als Abwicklung einer ringförmigen Elektrode aufgefaßt werden können. Die Elektrode b ist durch Einschnitte in Lappen b' unterteilt; zwischen diesen Lappen b' sitzen die Zwischenwände e. In gleicherweise ist die Elektrode c in Lappen c' zu unterteilen.

In Fig. 6 ist eine Anordnung dargestellt, bei der durch Zwischenschieben von Isolationswänden der innere Widerstand des Elektrolyten momentan zwischen den Kontakten sehr erhöht wird, so daß dadurch die Wirkung der Kurzschlüsse aufgehoben wird. In dem Gefäß d ist die feste Elektrode b 'und die bewegliche Elektrode c angeordnet. Beim Emporziehen der Elektrode c mittels des Gestänges c' verschwindet die Elektrodec in dem ringförmigen Isoliergehäusei, das durch einen Isolierring /; (am Fuße des Ringes c) verschlossen wird. Der Stromübergang von b nach c ist dann auf kleine Undichtigkeiten zwischen dem Isolierring h am Fuße des Ringes c und dem Isoliermantel i beschränkt. Der innere Widerstand ist dann außerordent-

lich hoch, so daß der Strom nunmehr ohne 35 irgendwelche Gefährdung abgeschaltet werden kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Starkstromschalter, dessen Kontakte in einen Elektrolyten tauchen, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrolytische Flüssigkeit ein gut leitender Elektrolyt, insbesondere 28 °/₀ Kalilauge, dient, und daß gleichzeitig ein metallischer Kontakt zwischen den Elektroden innerhalb des Elektrolyten bei Beginn und während des Abschaltvorganges ver-

. mieden wird.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abschaltvorgang die Elektrolytstrecke zwischen den Elektroden abgedrosselt wird.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdrosseln der Elektrolytstrecke bei ruhendem Elektrolyten durch Zwischenschieben von Isolierwänden zwischen die Elektroden erfolgt.

4. Schalter nach Anspruch 1 mit zwei feststehenden Kontakten und einer beweglichen Schaltbrücke, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltbrücke (a) als Verdrängungskörper ausgebildet ist.

5. Schalter nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Anordnung von Luftpolstern (r) in der Elektrolytstrecke zur Vermeidung von Kriechströmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen