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Schalter mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas Indem Patent 607 703
ist ein Schalter mit Lichtbogenlöschung durch Druckgas beschrieben, bei dem durch
besondere kaminförmige Ausbildung der die Kontaktflächen umgebenden Teile des Schalters
eine maximale Blaswirkung des Löschgases an - der Unterbrechungsstelle erzielt wird.
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Bei derartigen Schaltern ist es wesentlich, daß das Druckgas schon
bei der Einführung in den Schalter richtig geleitet ist und ohne Hemmungen an die
Blasstelle gelangt.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß am unteren Ende des
von einem Isolierkörper und dem kaminförmigen feststehenden Kontakt abgeschlossenen
Schaltraumes geneigte C)ffnungen angeordnet sind, durch welche,das Druckgas mit
schräger Führung und Lenkung der Unterbrechungsstelle zuströmt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Die Abb, i und zeigen im Aufriß bzw. im Grundriß einen Druckgasschalter, dessen
einer Kontakt i als ringförmiger Kontakt am oberen Ende des Schalters angebracht
ist. Umanschmiegende, großflächige Kontaktflächen zu erreichen, sind Federn z mit
besonderen Hilfsfedern 3, die den Anpressungsdrtick vergrößern, vorgesehen. Die
Federn sitzen entweder an dem Kontakt i oder am Mittelkontakt q., der sich bei der
gezeichneten Anordnung innerhalb des Kontaktes i kolbenartig bewegt. Der Kontakt
q. ist hier als hohle Röhre ausgebildet, deren. Stromzuleitung an einem Ringkontakt
5 erfolgt, der in .der gezeichneten Anordnung gleichzeitig .die Grundplatte des
eigentlichen Schalters bildet. Zur Erhöhung des Kontaktdruckes sind an der Durchführungsstelle
Federn 6 angebracht, die nicht nur den Kontakt vermitteln, sondern auch gleichzeitig
den Kontaktkolben q. führen. Den Abstand zwischen den Polen und gleichzeitig die
Umhüllung des Schaltraumes bildet die Hülle 7 aus Isolierstoff (z. B. Hartpapier).
Die Eintrittsöffnungen 8 für die Druckluft sind im unteren Teil der Isolierhülle
angebracht und schräg nach oben geneigt, so daß die Blaswirkung auf die Kontakte
und die Unterbrechungsstelle ein Maximum wird. Um den Druckgasstrom im Innern der
Hülle 7 noch besonders zu lenken und zu richten, sind besondere Führungsstücke 9
angeordnet. Die gleiche Wirkung kann auch ,dadurch erzielt werden, daß man für die
Hülle 7 selbst eine entsprechende Formgebung wählt.
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Statt den Kontakt an den Federn 6 zu vermitteln, könnte auch der untere
Teil i i des hohlen Kolbens q. aus Isolierstoff, z. B. einem Hartpapierrohr, bestehen
und in diesem Hartpapierrohr bewegliche Zuleitungsstreifen
(Bronzefedern,
Bänder o. dgl.) liegen, die sich dann mit dem Kolben bewegen, aber in dem Isolierrohr
geschützt liegen. In .diesem Falle braucht auch die Platte 5 nicht aus Metall zu
bestehen, sondern sie kann aus Isolierstoff, hergestellt und mit einer eingesetzten
Metall- oder Isolierstöfführung für den Kontaktkolben 4 versehen sein. Die Zuleitungsbäuder
im Innern des Kolbens 4 werden dann mit seitlich angebrachten Stromzuführungsteilen
verbunden, die an der Hülle 7 oder an der Grundplatte 5 befestigt sind. Die Befestigung
der ganzen Schaltkammer erfolgt auf einflachen Rihenisolatoren io, die gegebenenfalls
fortfallen bzw. .durch eine schwächere Zusatzisolation ersetzt werden können, wenn
die Grundplatte 5 aus Isolierstoff besteht.
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Der Antrieb des Schalters besteht aus einer Feder 14 und einem Nocken
i2, .dessen Spitze 13 den Kolben 4, dessen unterer Teil aus einem Isolierrohr i
i besteht, in der- Einschaltstellung festhält. In dieser Einschaltstellung ist die
Feder 14 gespannt, so daß bei der Bewegung ,des Nockens 12 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn,
wenn die Spitze 13 das Ende 16 des Kolbens verläßt, dieser durch die Feder 12 nach
unten geschleudert wird. Die Feder 14 ist vermittels eines Lenkstiftes 17 an der
Grundplatte 5 befestigt. Die Bewegung wird in der -Weise begrenzt, daß der Bund
15 den Kolben 4 an den Federn 6 auffängt. Statt den Antrieb durch den Nocken 12
vorzunehmen, könnte z. B. auch ein. Hebelmechanismus benutzt werden, der auf den
Kolben 4 wirkt und ihn beim Einschalten nach oben drückt, dabei eine außerhalb des
Schalters angebrachte Feder spannt und in dieser Stellung den Kolben 4 mit der dann
angreifenden Außenfeder arretiert. Das Einschalten kann auch durch einen direkt
oder indirekt auf den Kolben 1i/4 wirkenden Hubmechanismus vorgenommen werden, der
beim Einschalten eine Ausschaltfeder spannt. Durch die konzentrische Anordnung der
Kontakte wird es möglich, den ganzen Aufbau (Federn, Hebelangriff u. dgl.) so anzuordnen,
daß die Kräfte alle zentral wirken. -In Abb. 3 ist eine Anordnung. dargestellt,
bei welcher ebenso wie in. A!bb. i und 2 die Kontakte konzentrisch sitzen. Der äußere
Pol i umgibt das in diesem Falle für sich bewegliche mittlere Kontaktstück 4, das
an einer Feder 14 befestigt ist, die wiederum mit ihrem anderen Ende am Stift 17
sitzt, der entweder an .der Umhüllung 7 oder der 5 aus Isolierstoff gehalten ist.
In der Grundplatte befindet sich ein Ringkanal i9, von dem aus. das Druckgas dem
Schaltraum durch öffnungen 2o zugeführt wird. Der Metallkolben4 wird- beim Ausschalten@durch
die Feder 14 nach unten bewegt, ebenso der aus Isolierstoff bestehende Kolben i
i durch die Feder 18. Die Feder 14 kann hier entbehrt werden, wenn eine Verbindung
zwischen den beiden Kolben 4 und I I hergestellt ist. Die Stromzuführung
erfolgt hier ebenfalls durch Metallbänder, die in dem Kolben i-i liegen und mit
einer Stromzuführung für ,den mittleren Pol Verbindung besitzen. Statt .diese Stromzuführungsbänder
im,Innern anzubringen, können sie auch außen liegen, aber dann so, daß sie nicht
in den Lichtbogenraum hinaufkommen können.. Führungsbolzen o. dgl. können die Bänder
.in ihrer unteren Lage sichern. Diese Stromzuführung kann an der Isolierhülle 7
oder der Grundplatte 5 befestigt sein. Die Bewegung des Kolbens i i kann in beliebiger
Weise durch mechanische oder elektrische Hilfsmittel erfolgen. Die Kontaktbildung
kann in der gezeichneten Anordnung entweder erfolgen, indem das Metallstück 4 aus
federndem Material mit Schlitzen hergestellt wird, oder indem besondere Kontaktfedern
an dem Pol i angebracht werden. Statt den ganzen Kolben i i mit 4 zu bewegen, kann
man auch, um nur'geringe bewegte Massen zu erhalten, die Anordnung so treffen, daß
das Stück i i feststeht und, nur das Zwischenstück 4, dessen Zuleitungsstreifen
im Innern von i r liegen, bewegt wird. In diesem Fall wird das gegebenenfalls aus
Isolierstoff bestehende Mittelstück i i; auf dem sich das Zwischenstück bewegt,
nicht bis zum Pol i reichen, sondern nur so weit, daß es als Führung für 4 dient.
Die Länge des Mittelstückes i i ist dann dadurch. gegeben, daß es in der Ausschaltstellung,
wenn der Ring i-5 auf .der Grundplatte 5 aufsteht, -mit dem Ende des Kontaktes 4
abschneidet.
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Statt ein isolierendes Stück, in dem sich die Federn bewegen, zu verwenden,
kann man auch ein Metallführungsstück benutzen, das nicht bis zu dem festen Kontakt
i hinaufragt, sondern den durch Spannung gegebenen Abstand: von ihm hält, und auf
dem der Kontakt 4 geführt ist. Ein im Innern bewegtes Stück, ganz Isolierstoff oder
teilweise Metall-, teilweise Isolierstoff, nimmt dann den Kontakt 4 mit. Dieses
Stück, das aus einem Stück Isolierrohr (H.artpapierrohr o. dgl.) hergestellt sein
kann, läßt sich ebenso wie das Kolbenstück 4 verhältnismäßig leicht .herstellen.
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Bei diesem Aufbau ergibt sich der Vorteil, daß man dasselbe Modell
sowohl als Schalter als auch als Funkenstrecke verwenden kann. Bei der. Benutzung
als Funkenstrecke fällt lediglich der ganze Mechanismus fort, und an Stelle des
beweglichen Kolbenstückes 4 ist ein kugelförmiges oder kugelähnliches Polstück auf
den Mittelpol i i aufzusetzen. Die Stromzuführung kann .dann vermittels durchführungsartiger
Anordnungen bei dem Rohr i i
von unten erfolgen oder durch seitliche
durch die Isolierhülle 7 geführte Zuführungen. .
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Statt die Blasung durch den Ringkanal ig vorzunehmen, kann ganz besonders
bei der Anordnung mit feststehendem Mittelteil auch die Blasung zentral durch das
hohle Stück i i erfolgen, wobei das Druckgas durch öffnungen im Kontakt 4 austritt.
Damit aber der Kontakt 4 in seiner Bewegung durch das Druckgas nicht gehemmt wird,
könnte man ihn oben bis auf einen kleinen Rand völlig oflenlassen und außerdem seitlich
bei seiner Bewegung nicht überdeckte Schlitze anbringen. Wird das Schaltstück 4
kolbenförmig ausgebildet, so kann es gleichzeitig als Druckgasschieber dienen und
den Druckgaszutritt in den Schalterraum bzw. zur Schaltstelle in Abhängigkeit von
seiner Bewegung regulieren.
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Bei derartigen Anordnungen, bei denen das Schaltstück gleichzeitig
das Ventil ergibt, kann man noch ein besonderes Ventil in den Druckzuleitungen anordnen,
das z. B. auch für mehrere Schalter gemeinsam ist. Dieses Ventil ist zur Vermeidung
von Gasverlusten für gewöhnlich geschlossen und wird geöffnet, wenn eine Ausschaltung
bevorsteht. Dieses Ventil, .das man als Hauptventil oder Abschlußventil bezeichnen
könnte, kann von Hand bedient werden, und zwar zu Zeiten, in denen eine Ausschaltung
zu erwarten ist. Es kann aber auch bei Beginn einer Ausschaltung mechanisch oder
elektrisch betätigt werden oder aber auch elektrisch-automatisch, wenn die Stromstärke
im Schalter über ein gewisses Maß ansteigt.
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In den Abb. 4, 5 und 6 ist eine Schalteranordnung dargestellt, bei
welcher hörnerartige Polstücke 22 einander gegenüberstehen und bei welcher der Kontakt
durch eine federnde Schaltbrücke 4 gebildet wird. Die Pole ruhen auf Stützern, io.
Das Kontaktstück 4 besitzt an seinem oberen Ende aus Isolierstoff gebildete Kammern
23, die jeweils einen Pol umgeben. In .den Polen 22 sind Druckgaszuführungen 8 angebracht,
deren Austrittsstelle am Kontaktstück 4 liegt. Das Kontaktstück 4 wird durch einen
Kolben i i, der teilweise aus Isolierstoff und teilweise aus Metall besteht, getragen
und beim Ausschalten von einer Feder 18 bewegt. Diese Feder 18 ruht in Armen 21
des Kolbenendstückes 16, gegen das sich, wie in Abb. i, ein Nocken 12 legt.
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Wenn die Druckgaskanäle 8 direkt in den Polstücken liegen, so blasen
sie beim Ausschalten sofort gegen die Kontakte und den Lichtbogen. Die Umhüllungen
23 wirken dann an jedem Pol kaminartig.
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Statt die Druckgaszuführungen in die Pole zu legen, können sie -auch
seitlich angebracht sein. Dann wird das Kontaktstück 4 so angeordnet, daß hinter
ihm kein Luftschatten entsteht, d. h. daß das Druckgas möglichst ungehindert zwischen
die Kontakte und den Lichtbogen eintritt. Das kann durch entsprechende Formgebung
oder entsprechend angebrachte Durchbrüche bei 4 erreicht werden.
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Die Steuerung der Druckgaszuführungen kann in verschiedener Weise
erfolgen, und zwar können die Ventile mechanisch durch Nocken, ähnlich wie der Schalter,
gesteuert oder aber es können besondere Steuerungsvorrichtungen und Bewegungsmechanismen
angebracht werden. Wenn z. B. bei einer Anordnung ähnlich Abb. 3 zentral geblasen
wird, so wird zweckmäßig das Ventil direkt unter dem Schalter mit .diesem vereinigt
sitzen und dieselbe Vorrichtung, die das Schaltstück be--wegt, auch das Ventil öffnen
und schließen; denn es ist zu berücksichtigen, daß am Ende der Ausschaltstellung,
d. h. nach Unterbrechung des Stromes, während. der Schalter in der Ausschaltstellung
stehenbleibt, das Ventil wieder geschlossen sein muß.
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Werden Ventil und Schalter eng zusammengebaut, evtl. gemeinsam auf
einer Grundplatte, so läßt sich, wie oben angegeben, die Auslösefeder für beide
gemeinsam verwenden. Bei entsprechender Abstimmung .der Mechanismen läßt sich dann
auch mit Sicherheit erreichen, daß während des Abschnellens der Feder (Ausschaltvorgang)
genügend Druckgas einströmt.
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Soll für besondere Vorgänge, z. B. Kurzschlüßauslösung, eine größere
Sicherheit geschaffen werden, so kann man ein zweites elektrisch gesteuertes Ventil
anbringen, das von einer bestimmten Stromstärke ab anspricht und Druckgas so lange
einströmen läßt, wie ein Lichtbogen weiterbesteht.
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Statt dessen kann man aber auch die elektrische Sicherheitsvorrichtung
so anordnen, daß sie .den Schluß des Ventils erst dann ermöglicht, wenn der Ausschaltstrom
völlig verschwunden ist. Zu diesem Zweck wird eine besondere Klinke angeordnet,
die das durch die Feder geöffnete Ventil in der Offenstellung festhält und den Schließmechanismus
des Ventils erst dann freigibt, wenn der Strom verschwunden ist. ..
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Will man mit mehreren Ventilen arbeiten, so kann man auch die Anordnung
so treffen, daß bei Normalstrom, bei welchem die vom Ventil während der Ausschaltbewegung
freigegebene Druckgasmenge zum Löschen ausreicht, nur das eine Ventil arbeitet,
während bei größeren Stromstärken ein zweites oder sogar auch ein .drittes Ventil
mit dem ersten Ventil gekuppelt wird, also bei größeren Stromstärken dann gleichzeitig
mehrere Ventile in den.Schalter blasen.
Das Einrücken der Ventile
und ihre Betriebsbereitschaft . kann auch durch Relais, welche gegebenenfalls am
Schalter anzubringen sind, besorgt werden. So läßt sich z. B. ein Maximalrelais
oder Maximalzeitrelais so anordnen, daß es nicht nur die Auslösung des Schalters
bewirkt, sondern auch die ausströmende Druckgasmenge und die Zeitdauer des Ausströmens
durch Steuern der Ventile bzw. durch das Kuppeln mehrerer Ventile beeinflußt. Die
Beeinflussung kann sowohl von der Stromstärke als auch von der Zeitdauer der Belastung
abhängig gemacht werden. Die Belastungsstromstärke des Schalters kann auch benutzt
werden, ,die Durchtrittsöffnungen des Druckgases in der Druckgasleitung vor dem
Ventil oder im Ventil selbst zu beeinflussen, und zwar derart, daß z. B. ein normaler
Durchtrittsquerschnitt, der für normale Stromstärken zur Blasung und Löschung ausreicht,
bei größeren Stromstärken oder bei längeren Belastungen mit einem übernormalen Strom
vergrößert wird. Zur Beeinflussung des Durchtrittsquerschnittes können. sowohl rein
elektromagnetische Vorrichtungen verwendet werden, die für sich angebracht sind,
oder aber es. kann das Relais mit seinen entsprechenden Einrichtungen direkt zur
Steuerung des Dürchtrittsquerschnittes verwendet werden.
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Man kann auch besondere Handregulierungen vorsehen; die in bestimmten
Betriebsstadien bedient werden. So kann zu Zeiten .maximaler Belastung eine Hilfs-druckgasleitung
für sämtliche oder füreinzelne Schalter zugeschaltet, oder aber es kann zur Zeit
höchster Belastung - oder sonstiger Gefahrenmomente (z. B. an Gewittertagen oder
bei Gewitternähe) der Druck in, der Gasleitung erhöht bzw. bei der Auslösung die
Zahl der rnitansprechenden Ventile gesteigert werden. Ebenso kann audh von Hand
oder automatisch in Gefahrenzeiten durch besondere Einstellung die Auslöseempfindlichkeit
der Ventile oder die Periode der Ausströmung verändert werden.
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Handelt es sich um ,die Abschaltung größerer Stromstärken, so können
entweder verschiedene Schalter (gegebenenfalls normalisierter Größe) parallelgeschaltet,
oder aber es kann ein Schalter mit besonderer Kontaktausbildung, der zur Überleitung
größerer Stromstärken ausreicht, als Hauptausschalter ausgebildet werden. Der Vorgang
ist dann derart, daß dieser Hauptausschalter während des Stromflusses geschlossen
ist und die Stromleitung im wesentlichen übernimmt, während parallel zu ihm ein
Hilfsschalter mit besonders günstiger Funkenlöschung liegt. Beim Ausschalten wird
zunächst, während der Hilfsschalter noch geschlossen bleibt, der Hauptschalter soweit
geöffnet, daß kein überschlagen der dadurch geschaffenen Trennstelle mehr erfolgen
kann, und dann erst wird unter entsprechender Blaswirkung der Hilfsschalter geöffnet.