DE693915C - Schalter mit in Widerstandsfluessigkeit bewegten Elektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schalter, bei denen Schaltelektroden in Widerstandsflüssigkeit bewegt werden,. zwischen welche- zur Stromunterbrechung ein mit der Elektrodenbewegung zunehmender Widerstand eingeschaltet wird.

Erfindungsgemäß läßt sich die Wirkung solcher Schalter dadurch beträchtlich verbessern, daß die aktive, den Strom leitende Flüssigkeit zwischen den Elektroden während des Schaltvorganges, und zwar namentlich zu Beginn der Elektrodenbewegung, durch fortlaufendes Nachschieben frischer Schaltflüssigkeit ersetzt und/oder ergänzt wird.

DieZeit, während der die einzelnen Flüssigkeitsteilchen der Erwärmung durch den Stromdurchgang ausgesetzt sind, läßt sich hierdurch in beträchtlichem Maße verkürzen, so daß die Stromstärken, mit denen der Schalter belastet werden darf, ohne daß die Flüssigkeit über ein zulässiges Maß hinaus ' erwärmt wird, erheblich gesteigert werden können.

Dies ist für Flüssigkeitswiderstandsschalter, die zum Abschalten einer möglichst hohen elektrischen Leistung befähigt sein sollen, von grundsätzlicher Bedeutung. Denn die Stromdichte ist in der Flüssigkeit unmittelbar nach der Trennung der Schaltelektroden besonders hoch, so daß, wenn das Medium zwischen den in der Flüssigkeit bewegten Elektroden sich im wesentlichen in Ruhe befände, eine unerwünschte Wärmeentwicklung eintreten könnte. Dies wird durch die Erfindung vermieden.

Eine einfache Ausführungsmöglichkeit besteht darin, den Elektroden die Form von Sieben, Gittern, Rosten o. dgl. zu geben und die Flüssigkeit durch eine oder alle Elektroden hindurchströmen zu lassen. Bei dieser Ausführimg werden, die unmittelbar vor den Elektroden lagernden stark erwärmten Flüssigkeitsteile' von dem aktiven Flüssigkeitskörper abgetrennt und aus dem Elektrodenraum hinausbefördert. . «

Besonders günstige Verhältnisse erhält man, wenn man die frische Flüssigkeit dem Raum zwischen den Elektroden seitlich der Elektrodenflächen zuströmen läßt und die Abströmung ' der Flüssigkeit aus dem aktiven Flüssigkeitskörper beidseitig durch die sieboder" gitterförmigen Elektrodenflächen hindurch erfolgen läßt. Hierdurch entsteht in dem aktiven Flüssigkeitskörper ein statischer Druck, der seine Belastungsfähigkeit erhöht, weil seine Durchschlagsfestigkeit steigt.

Um eine möglichst rasche Widerstandsvergrößemng bei anfänglich großer Berührungsfläche der Elektroden zu erzielen, ist es zweckmäßig, den mittleren Querschnitt fin

*) Vom dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben -worden:

Or.-Ing. Fritz Kesselring in Berlin-Hermsdorf.

des aktiven Flüssigkeitskörpers mit fortschreitender Abschaltung zu verkleinern. Unter mittlerem Querschnitt des aktiven Flüssigkeitskörpers ist dabei der Querschnitt eines Zylinders zu verstehen, der bei gleicher Höhe, wie das aktive Flüssigkeitsvolumen, den gleichen Widerstand aufweist. Die Ver-■ riogerung des mittleren Querschnitts kann z. B. dadurch erreicht werden, daß das aktive ίο Flüssigkeitsvolumen durch Isolierkörper, beispielsweise Blenden, eingeschnürt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man die aktive Elektrodenfläche, d. h. die mit dem Flüssigkeitskörper in unmittelbarer Berührung stehende Elektrodenfläche, verringert. Bei Anordnungen, bei denen die Flüssigkeit im wesentlichen senkrecht zur Elektrodenoberfläche fließt, kann man mit Vorteil deformierbare Elektroden anwenden. Diese können aus einer Flüssigkeit bestehen, welche relativ zur aktiven Widerstandsflüssigkeit wesentlich besser leitet, z. B. Quecksilber. Es ist denkbar, die Elektroden auch aus einem deformierbaren Körper, z. B. einem schwammartigen ?..<; Gebilde, oder aus einem pulver- oder schrotförmigen Körper aufzubauen. Der schrotförmige Körper hat zudem den Vorteil, daß er in gewissem Maße flüssigkeitsdurchlässig ist, wodurch eine gute Kühlung bedingt ist. Es ist wesentlich, daß das aktive, zwischen den Elektroden sich befindende Flüssigkeitsvolumen nur durch die Elektroden einerseits und durch feste Isoliermaterialien andererseits begrenzt ist, und zwar deshalb, um freie, :« mit der Atmosphäre oder einer Gas- oder Dampfschicht zusammenhängende Flüssigkeitsoberflächen zu vermeiden, da erfahrungsgemäß längs derartiger Flüssigkeitsoberfläche leicht Gleitfunken auftreten.
Für die Bewegung der Flüssigkeit wendet man zweckmäßig zusätzliche Einrichtungen an, z. B. von einer Feder oder Druckluft betätigte Kolben.- Es ist auch möglich, die Flüssigkeitsströmung darch ein propellerartiges Gebilde, welches von einem Motor angetrieben wird, zu erzeugen. Ferner ist es denkbar, die Flüssigkeitsströmung dadurch einzuleiten, daß man einen Teil der Flüssigkeit durch eine vom Abschaltstrom gespeiste Vorrichtung verdampft und so die eigentliche aktive Flüssigkeit unter erhöhten Druck setzt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Beschleunigung der aktiven Flüssigkeit um so größer ist, je größer der abzuschaltende Strom ist.

Der Vorgang der Widerstandserhöhung ist derart zu steuern, daß während des gesamten Vorganges die elektrische Durchbruchsfeldstärke der aktiven Flüssigkeit nicht erreicht So wird. Insbesondere erhält man eine sehr gute elektrische Ausnutzung der Apparatur, wenn \ während des gesamten Vorganges die elektrische Beanspruchung konstant bleibt, d. h., auf einen zylindrischen Widerstandskörper angewendet, wenn der Spannungsabfall proportional dem jeweiligen Elektrodenabstand ist.

In Abb. ι ist durch Pfeil 1 eine beliebige Flüssigkeitsströmung dargestellt. Mit 2 und 3 sind Schalterelektroden bezeichnet, die in den zu unterbrechenden Stromkreis eingeschaltet sind und deren Berührungsfläche 4 im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung steht. Durch Auseinanderbewegen der Elektroden in Richtung der Pfeile 5 und 6 kann der Elektrodenabstand vergrößert werden. Entsprechend erhöht sich der Widerstand dieses Gebildes. Durch das Durchströmen der Flüssigkeit wird das aktiv zwischen den Elektroden sich befindende Flüssigkeitsvolumen dauernd erneuert.

Abb. 2 zeigt eine Anordnung, bei der die Elektroden 7 und 8 sich in einem zylindrischen Isolierrohr 9 verschieben. Diese Verschiebung erfolgt durch die aktive Flüssig- «5 keit selbst, welche durch die Rohre 10 und 11 zwischen die Elektroden eintritt.

Besonders günstige Verhältnisse weist die prinzipielle Anordnung gemäß Abb. 3 auf. Hierbei kann die Flüssigkeit 12 durch die siebartig ausgebildeten Elektroden 13, 14 hindurchtreten.

Abb. 4 zeigt eine besondere Anordnung zur Ausübung des Verfahrens. Dabei wird die aktive Flüssigkeit 15 mittels eines Kolbens 16 'J5 durch die feststehende siebartige Elektrode 17 hindurchgepreßt. Die bewegliche Elektrode 18, welche in dem Isolierzylinder 19 gleitet, wird durch die Flüssigkeit 15 nach oben bewegt. Das aktive Flüssigkeitsvolumen 1 on 20 ist durch diejenige Flüssigkeitsmenge gegeben, welche sich zwischen dem Sieb 17 und dem Kolben 18 befindet.

In Abb. S und 6 sind zwei Anordnungen gemäß Abb. 4 _§von verschiedenen Querschnitten > in Reihe geschaltet. Die in Reihe geschalteten Unterbrechungsstellen bilden sich zwischen den Elektroden 23, 24 einerseits, 24, 25 andererseits und den Schaltstücken 34, 33.

In Abb. 5 ist der Schalter geschlossen. Die 1 ·< > Elektroden 23 bis 25 berühren sich, 25 steht in leitender Verbindung mit dem Schaltstück 34. Der Strom wird der Elektrode 23 zugeführt und durch den Gleitkontakt 45 am Schaltstift 33 abgenommen.

Durch den Kolben 21 wird die Flüssigkeit, deren Spiegel bei 22 steht, zunächst beschleunigt und trifft bereits mit bestimmter Geschwindigkeit auf das feststehende Sieb 23 auf. Sie tritt dann zunächst durch die bewegliehen Siebe 24 und 25, wobei das Gas in den Hohlräumen 26 und 27 komprimiert wird.

Dann bewegt sich das bewegliche Sieb 24 zusammen mit dem Kolben 28 nach oben. Infolge der Beschleunigung wird das Sieb 25 zunächst fest gegen das Sieb 24 gepreßt. Dieser Zustand dauert an, bis der Kolben 28 auf die Anschläge 29 (vgl. Abb. 6) auftrifft. Nun trennt sich, das Sieb 25 vom dem Sieb 24, und es entsteht ein neuer Flüssigkeitskörper 30 mit wesentlich kleinerem Querschnitt und dadurch entsprechend schnellerer Widerstandszunahme. Nach einer gewissen Zeit trifft der Kolben 31 auf die Anschläge 32, dann setzt nur noch der Schaltstift 33 seine Bewegung fort und trennt sich dabei von dem

ig Schaltstück 34.

In Abb. 7 ist eine Anordnung der Erfindung mit deformierbaren Elektroden dargestellt. Es bedeutet 35 ein Metallgefäß mit einem Druckluftanschluß 36. An dieses schließt sich das Isoliergefäß 42 an, welches einen sich nach unten verjüngenden Querschnitt hat. 37 ist die siebförmige, in diesem Falle feststehende Elektrode, welcher der Strom zugeführt wird, 38 die Oberfläche der deformierbaren, z. B. aus Quecksilber bestehenden beweglichen Elektrode, bei 43 wird der Strom aus dem Quecksilberkörper abgenommen. Nach öffnen des Hahnes 39 wird die Widerstandsflüssigkeit 40 unter Druck gesetzt.

s<> öffnet man dann den Hahn 41, so wird zunächst die Flüssigkeit 40 und die Quecksilbermasse 44 beschleunigt. Sowie der Ouecksilberspiegel 38 die Siebelektrode 37 verläßt, beginnt dieEinschaltung eines aktiven Flüssigkeitskörpers. Auch für diese Anordnung ist es wichtig, daß der Flüssigkeit vor ihrer Einschaltung die Möglichkeit gegeben ist, sich zu beschleunigen, so daß sie von An-•fang an mit einer bestimmten Geschwindig-

1" keit in den Stromkreis hineingebracht wird. Durch das sich verjüngende Isoliergefäß 42 wird erreicht, daß mit zunehmender Abschaltzeit der mittlere Querschnitt des aktiven • Flüssigkeitsvolumens verringert wird.

Claims (8)

1. Patentansprüche·.

   i. Schalter mit in Widerstandsflüssigkeit bewegten Elektroden, zwischen welche zur Stromunterbrechung ein mit der Elektrodenbewegung zunehmender Widerstand eingeschaltet wird, dadurch -gekennzeichnet, daß die aktive, den Strom leitende Flüssigkeit zwischen den Elektroden während des Schaltvorganges, und zwar namentlich zu Beginn der Elektrodenbewegung, durch fortlaufendes Nachschieben frischer Schaltflüssigkeit ersetzt und/oder ergänzt wird.
2. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden die 6« Form von Sieben, Gittern oder Rosten haben und die. Flüssigkeit durch eine oder alle Elektroden hindurchgeführt ist.
3. 3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß frische Flüssigkeit dem Raum zwischen den Elektroden seitlich der Elektrodenflächen zuströmt und die Abströmung der Flüssigkeit aus dem aktiven Flüssigkeitskörper beiderseitig durch- die sieb- oder gitterförmigen Elektrodenflächen hindurch erfolgt.
4. 4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch . gekennzeichnet, daß. der mittlere Querschnitt des aktiven Flüssigkeitsvolumens mit zunehmender Ausschaltzeit verkleinert wird.
5. 5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Flüssigkeitsvolumen durch Isolierkörper eingeschnürt wird.
6. 6. Schalter nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine bewegliche Mehrfachelektrode aus Elektrodenflächen von abnehmendem Querschnitt, die sich zunächst als Ganzes bewegt und von der sich dann der Reihe nach die Einzelelektrodenflächen mit kleinerem Querschnitt abtrennen.
7. 7. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder alle Elektroden deformierbar sind.
8. 8. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die deformierbaren Elektroden aus einer relativ zur aktiven Widerstandsflüssigkeit gut leitenden Flüssigkeit bestehen, beispielsweise aus Quecksilber.

   'Hierzu 1 Blatt Zeichnungen