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Kompressor für Druckgasumlaufschalter Bei Gasumlaufschaltern mit einem
Niederdruck-und einem Hochdruckbehälter sind bisher vornehmlich Kompressoren üblicher
Bauart in Form von Kolben- oder Rotationskompressoren verwendet worden. Sofern als
Löschmittel beispielsweise Luft oder Stickstoff verwendet wird, arbeiten solche
Kompressoren einwandfrei. Es muß aber darauf geachtet werden, daß kein Kompressoröl,
das infolge der unvermeidlichen Abnützung im Kompressor Metallteilchen enthält,
in das Löschsystem gelangt. Da im Lichtbogen die Öltröpfchen verbrennen, werden
zusätzlich noch Kohleteilchen ausgeschieden. Durch die Metall-und Kohlepartikel
wird die innere Isolation derartiger Schalter stark gefährdet. Wird zur Lichtbogenlöschung
und Isolation Schwefelhexafluorid (S F6) verwendet, so treten weitere Zersetzungsprodukte
auf. Da ferner die handelsüblichen Kompressoren gegen einen hohen Druck, wie er
im Hochdruckbehälter bestehen muß, nicht ohne weiteres anlaufen, müssen Maßnahmen,
z. B. ein sogenannter Druckbypaß, vorgesehen werden, um den Druckunterschied beim
Anlaufen des Kompressors zunächst auszugleichen. Berücksichtigt man, daß der Motor
noch einen Temperaturschutz benötigt und daß ein Druckregler vorgesehen werden muß,
ferner eine größere Zahl von Absperrschiebern erforderlich ist, so erkennt man,
daß der Aufwand für die Druckgaserzeugung bei einem Umlaufschalter sehr groß ist.
Ziel der Erfindung ist, nicht nur die geschilderten Schwierigkeiten zu vermeiden,
sondern zugleich auch die Konstruktion weitgehend zu vereinfachen.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kompressor für Gasumlaufschalter,
bei dem ein Gas aus einem Niederdruckbehälter in einen Hochdruckbehälter gefördert
wird. Sie besteht darin, daß im Niederdruckbehälter ein elastischer Hohlkörper angeordnet
ist, der zwecks Verdrängung und Kompression des im Niederdruckbehälter befindlichen
Gases durch Steigerung seines Innendruckes ausgeweitet wird. In der Regel wird man
bestrebt sein, möglichst den gesamten Gasinhalt des Niederdruckbehälters in den
Hochdruckbehälter zu verdrängen; man wird daher vorzugsweise den elastischen Hohlkörper
so weit ausdehnen, daß er sich an die Innenwand des Niederdruckbehälters anlegt.
Der Niederdruckbehälter kann z. B. Kugelform haben, wobei als elastischer Hohlkörper
in entsprechender Weise eine ballartige Gummiblase verwendet werden kann. Bevorzugt
wird jedoch eine Bauform, bei der in einem zylindrischen Niederdruckbehälter ein
elastischer Schlauch konzentrisch angeordnet ist.
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Fig. 1 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform eines Kompressors
nach der Erfindung im Zusammenwirken mit einem Gasumlaufschalter mit Naßdampfantrieb,
während Fig. 2 einen ähnlichen Kompressor, jedoch mit Knallgasantrieb wiedergibt.
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In Fig. 1 bedeutet 1 einen zylindrischen Niederdruckbehälter, der
über den Isolator 2 mit dem Niederdruckteil 3 der Schaltkammer 4 in Verbindung steht.
Der Hochdruckteil 6 der Schaltkammer 4 ist über die ebenfalls isolierte Hochdruckzuleitung
5 mit dem Behälter 1 verbunden. Am unteren Ende des Isolators 2 ist ein Plattenventil
7 angeordnet, während der Isolator 5 ein Kugelventil 8 aufweist. Mit 9 ist der durch
den Niederdruck zusammengelegte elastische, an sich zylindrische Schlauch bezeichnet,
der an seinen Enden gasdicht mit den Einsätzen 10 und 11 verbunden ist. Bei Fortfall
des Niederdrucks würde der Schlauch die gestrichelt gezeichnete Ruhestellung 12
einnehmen, in der er völlig entspannt ist.
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Mit 13 ist ein wärmeisolierter Behälter bezeichnet, in dem sich eine
Flüssigkeit 14, z. B. Wasser, Glykol, befindet. Die Flüssigkeit 14 wird durch eine
Heizwicklung 15 geheizt, die über einen Bimetallschalter 16 mit einer Stromquelle
17 in Verbindung steht. Der Dampfraum 28 des Behälters 13 ist über ein elektrisch
betätigtes Ventil 18 mit dem Innenraum des Schlauches 9 verbunden.
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Im Normalzustand ist das Ventil 18 geschlossen. Die Flüssigkeit
14 wird durch die Heizwicklung 15 ständig auf erhöhter Temperatur gehalten, so daß
sich in dem Raum 28 beispielsweise Saftdampf von 200° C mit einem entsprechenden
Druck von etwa 16 atm befindet. Bei Erreichung der Temperatur von 200° C wird der
Heizstrom durch den Bimetallsehalter
16 unterbrochen. Fällt die
Temperatur infolge Wärmeverlust wieder etwas ab, so schaltet der Bimetallschalter
16 die Heizung wieder ein.
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Ferner herrscht im Normalzustand im Raum 6 der Schaltkammer 4 Hochdruck;
das Kugelventil 8 und der Schieber 26 schließen den Raum 6 nach außen ab. Der Niederdruckraum
3 steht mit dem Niederdruckkessel 1 in Verbindung; das Plattenventil 7 liegt nur
mit geringem Druck an.
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Zur Öffnung des Schalters wird der bewegliche Kontakt 22 mit Hilfe
der Schaltstange 24 vom festen Kontakt 23 abgehoben. Gleichzeitig wird ein Schieber
26 durch die Isolierstange 27 in nicht näher dargestellter Weise zur Beblasung des
entstehenden Lichtbogens geöffnet und kurz darauf wieder geschlossen. Dabei strömt
eine gewisse Gasmenge aus dem Raum 6 in den Raum 3; das Plattenventil 7 öffnet sich
und mindestens ein Teil des Löschgases tritt in den Niederdruckkessel 1 über.
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Praktisch gleichzeitig mit der Trennung der Kontakte 22, 23 wird über
den Isolierhebel 25 der Schalter 19 umgeschaltet; infolgedessen entlädt sich der
durch die Stromquelle 20 geladen gehaltene Kondensator 21 impulsartig über die Betätigungsspule
des Ventils 18, das sich daraufhin öffnet und nach Verbrauch der gespeicherten Kondensatorenergie
wieder schließt. Das Öffnen des Ventils hat zur Folge, daß der im Raum 28 gespeicherte
Sattdampf in den Schlauch 9 übertritt. Infolge des damit verbundenen Druckabfalles
verdampft beinahe explosionsartig ein weiterer Teil des auf Sattdampftemperatur
gebrachten Wassers 14. Durch den in den Schlauch 9 einströmenden Dampf wird derselbe
ausgeweitet und schmiegt sich schließlich, wie dies strichpunktiert angedeutet ist,
gegen die Innenwand des Niederdruckkessels 1. Schon bei Beginn dieser Bewegung wird
das Plattenventil ? geschlossen. Erreicht der Druck in dem Behälter 1 den Hochdruck
im Raum 6, so öffnet sich das Kugelventil 8, und das im Niederdruckbehälter befindliche
Löschgas wird hierauf in den Raum 6 der Schaltkammer 4 zurückgepreßt. Bereits bei
der Expansion des Sattdampfes nach dem Öffnen und Wiederschließen des Ventils 18
kondensiert ein Teil des Dampfes in Form kleiner Tröpfchen; durch weitere Abkühlung
kondensiert auch noch der Rest des Dampfes. Dies hat zur Folge, daß im Inneren des
elastischen Schlauches 9 Unterdruck auftritt, so daß der Schlauch wieder in die
gezeichnete Ausgangslage zurückgeht, während das Löschgas aus dem Niederdruckteil3
der Schaltkammer durch das nur lose aufliegende Plattenventil 7 in den Behälter
1
nachströmt. Gleichzeitig wird der Hochdruckraum 6 durch das Kugelventil
8 abgeschlossen.
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Man kann nun das kondensierte Wasser in an sich bekannter Weise ansammeln
und, falls dies wünschenswert ist, in einfacher Weise wieder in den Behälter 13
zurückpressen, so daß das Wasser sich im Kreislauf bewegt. Es ist aber auch möglich,
den Behälter 13 verhältnismäßig groß auszulegen, so daß der Wasserinhalt für sehr
viele Schaltungen ausreicht. Das Kondenswasser kann also abgelassen und der Behälter
13 muß von Zeit zu Zeit neu gefüllt werden. Sofern durch den verwendeten Schlauch
z. B. Spuren von Wasser diffundieren, kann es zweckmäßig sein, im Niederdruckbehälter
ein an sich bekanntes Absorptionsmittel für Wasserdampf vorzusehen. Im allgemeinen
wird es jedoch vorteilhaft sein, einen Dampf zu verwenden, der mit dem Löschmittel
und seinen Zersetzungsprodukten keine schädlichen chemischen Verbindungen eingeht.
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Sofern an der Einbaustelle des Schalters z. B. Preßluft aus dem Betriebsnetz
mit ausreichendem Druck vorhanden ist, kann das Ventil 18 unmittelbar an diese Druckluftversorgung
angeschlossen werden, wobei es zweckmäßigerweise auch zur nachfolgenden Entlüftung
verwendet wird.
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Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß der Schlauch 9 in der Stellung
12, d. h. annähernd im Zustand größter Ausweitung, völlig entspannt ist. Das hat
den Vorteil, daß für die Schlauchausweitung praktisch keine Energie erforderlich
ist, so daß sich ein höherer Wirkungsgrad ergibt. Es hat sich gezeigt, daß normale
Schläuche für Fahrzeugbereifung für den vorliegenden Zweck gut geeignet sind; sie
arbeiten bei einer Sattdampftemperatur bis zu 200° C einwandfrei.
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Fig. 2 zeigt einen im Prinzip ähnlichen Kompressor, wobei die Teile,
die denen in Fig. 1 genau entsprechen, auch die gleichen Bezugszeichen aufweisen.
Er unterscheidet sich insofern von der Ausführung nach Fig. 1, daß der Schlauch
9 mit kleinerem Durchmesser jetzt auf ein Rohr 31 mit radialen Löchern 32 aufgezogen
und an den Enden gasdicht mit denselben verbunden ist. Der Behälter 13 nach Fig.
1 ist nun durch ein Elektrolysegerät 33 mit den Elektroden 34 und 35 ersetzt, das
unmittelbar mit dem Rohr 31 in Verbindung steht. An Stelle des Bimetallschalters
ist ein Druckschalter 36 vorgesehen, der die Unterbrechung des Gleichstromes aus
der Batterie 37 bewirkt, wenn das Knallgasgemisch im Raum 38 einen vorgeschriebenen
Druck erreicht. 39 ist eine an sich bekannte Zündkerze, die über eine Zündspule
40 und einen Unterbrechungskontakt 41 gespeist wird. Zwangläufig wird beim Ausschalten
der Unterbrechungskontakt 41 über den Isolierhebel 25 geöffnet. Hierbei erzeugt
die Zündspule 40 eine hohe Spannung, die zu einem überschlag an der Zündkerze 39
führt. Dadurch wird das Knallgasgemisch im Innern des elastischen Schlauches 9 zur
Explosion gebracht; der Schlauch 9 weitet sich in die strichpunktiert angedeuetete
Lage aus, wodurch die Kompression des im Niederdruckbehälter 1 befindlichen Gases
bewirkt wird.
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Durch den Engpaß 38 a wird verhindert, daß die Explosion aus dem Innern
9a des Schlauches in den Vorratsraum 38 zurückschlägt; der Engpaß 38 a ist jedoch
so bemessen, daß sich der Raum 9 a nach Ablauf der Explosion schnell wieder mit
Knallgas füllt. Bei der chemischen Reaktion entstehen aus dem Knallgas lediglich
einige Tropfen Wasser, wodurch die Funktion der Anordnung jedoch in keiner Weise
beeinträchtigt wird. Erst nach sehr vielen Kompressionsvorgängen bzw. Abschaltungen
wird es notwendig sein, das Wasser im elastischen Schlauch 9 abzulassen und das
Elektrolysegerät wieder aufzufüllen. Selbstverständlich kann es auch vorteilhaft
sein, das Gas nicht nach jeder Abschaltung aus dem Niederdruckbehälter wieder in
den Hochdruckbehälter zu befördern. Man kann vielmehr erst nach einer Anzahl von
Ausschaltungen den Kompressor in Tätigkeit setzen, beispielsweise nach einer vorgegebenen,
von einem Zähler kontrollierten Zahl von Ausschaltungen oder nach Erreichen eines
bestimmten Druckes im Niederdruckbehälter.
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Man erkennt, daß Kompressoren nach der Erfindung sehr einfach sind
und ihre Herstellung keinerlei
Präzision verlangt. Mit Ausnahme
des elastischen Schlauches handelt es sich um ruhende Aggregate. Geringfügige Verschmutzungen
beeinträchtigen das Arbeiten des Kompressors in keiner Weise; ebenso kann kein Öldampf
in die Schaltkammer 4 eindringen. Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein,
daß der Kompressionsvorgang selbst sich in Sekunden vollzieht, bei der Anordnung
nach Fig.2 sogar in Bruchteilen von Sekunden, da dann der Gasumlaufschalter auch
bei einer größeren Zahl unmittelbar nacheinander auftretender Schaltungen immer
wieder betriebsbereit ist. In diesem Fall muß man lediglich dafür sorgen, daß bei
der Anordnung nach Fig. 1 die Speisewassermenge ausreichend bemessen wird bzw. die
Heizung kurzzeitig genügend Energie bereitstellt, um die Bedingungen für den Kompressionsvorgang
in der gewünschten kurzen Zeitspanne wiederherzustellen. Entsprechendes gilt bei
der Verwendung von Knallgas gemäß Fig.2. Der Kompressor nach der Erfindung erfordert
praktisch keine Wartung.