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Elektrischer Flüssigkeitsschalter, insbesondere für Kurzunterbrechung,
mit Differentialkolben Die Erfindung betrifft einen elektrischen Flüssigkeitsschalter,
insbesondere für Kurzunterbrechung, mit Differentialkolben. Bei bekannten Schaltern
dieser Art ist der Differentialkolben in einem Zylinder untergebracht, der in dem
Raum auf der einen Seite des Kolbens die Flüssigkeit und eine Rückführfeder enthält,
während in dem Raum auf der anderen Kolbenseite die Kontaktstelle vorgesehen ist,
die aus einer feststehenden Kontakttulpe und einem in der Einschaltstellung in dieseeingreifenden
beweglichenKontaktstift besteht. Wird der Kontaktstift durch axiales Verschieben
aus der Kontakttulpe herausgezogen, so entwickelt sich ein Lichtbogen, der in dem
Raum über dem Kolben. einen Gasdruck erzeugt, der den Kolben unter Spannen der Feder
verschiebt. Hierdurch wird aus dem Zylinder Druckflüssigkeit über ein Rückschlagventil
in Kanäle gepreßt, die auf der Außenseite des Bodens des Lichtbogenraumes in gemeinsamer
Ebene radial zum Kontaktstift in einen Ringspalt münden. Die Löschflüssigkeit wird
auf diese Weise in den Lichtbogen hineingespritzt und löscht ihn aus. Der sich weiterbewegende
Schaltstift gibt dann einen Auslaß für die Gase frei, worauf der Kolben durch die
Feder wieder in die Ausgangsstellung zurückgeführt wird. Dabei saugt der Kolben
über ein Ventil frische Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter in den Zylinder ein.
Beim Saughub ist das erwähnte Rück-Schlagventil verschlossen, deshalb kann die Flüssigkeit
aus den Kanälen nicht in den Raum unter dem Kolben zurücktreten. Hierdurch ist Vorsorge
getroffen, daß verschmutzte Flüssigkeit, die aus der Löschkammer zurückfließen könnte
und Schmelzperlen od. dgl. mit sich führt, vom Pumpraum unter dem Kolben ferngehalten
wird.
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Bei den bisher bekannten Ausführungen von Flüssigkeitslöschkammern
dieser Gattung bewegen sich Schaltstifte und Differentialkolben in zueinander gegenläufigen
Richtungen. Daraus ergibt sich für die Kanäle zur Zuführung der Flüssigkeit zur
Löschstelle eine Länge, die mindestens der Summe der Abmessungen des Zylinders und
des Lichtbogenraumes in axialer Richtung entspricht. Diese beträchtliche Länge ist
nicht nur konstruktiv, sondern auch wegen der erheblichen Reibungswiderstände ungünstig.
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Kürzere Einspritzwege weist ein bekannter Schalter auf, bei dem der
Schaltstift den Differentialkolben koaxial mit Spiel durchdringt und sich beim Ausschalten
gleichläufig mit ihm bewegt. Bei diesem Schalter verlaufen die Einspritzwege radial
im Differentialkolben selber. Allerdings weist dieser bekannte Schalter keinerlei
Rückschlagventile auf.
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Bei einem weiteren bekannten Schalter ist im Differentialkolben selber
ein Rückschlagventil angeordnet. Wollte man aber dementsprechend bei dem eben genannten
Schalter in den im Differentialkolben verlaufenden Einspritzwegen ein gewöhnliches
Rückschlagventil anordnen, so wäre wegen der Kürze der Einspritzwege noch nicht
sichergestellt, daß dieses Rückschlagventil schnell genug schließt und keine verschmutzte
Flüssigkeit oder Lichtbogengas in den Pumpraum eindringen läßt.
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Die Erfindung zeigt einen Schalter, der die genannten Nachteile nicht
aufweist. Sie betrifft im einzelnen einen elektrischen Flüssigkeitsschalter, insbesondere
für Kurzunterbrechung, bei dem ein unter der Wirkung einer Rückführfeder stehender
Differentialkolben in einem die Flüssigkeit enthaltenden Zylinder mit Saugventil
geführt ist und zwischen dem Pumpraum und dem Ausströmringspalt ein Rückschlagventil
vorgesehen ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß in bekannter Weise der Schaltstift
den Differentialkolben koaxial mit Spiel durchdringt und der Ausströmringspalt und
seine Verbindung mit dem Pumpraum im Differentialkolben selbst angeordnet sind,
daß die besagte Verbindung ein doppeltwirkendes Rückschlagventil enthält, von dem
mindestens ein Kanal zum Pumpraum und mindestens zwei Kanäle zum Ausströmringspalt
führen, und daß das Rückschlagventil entweder den zum Pumpraum führenden Kanal oder
den einen der zum Ausströmringspalt führenden Kanäle verschließt.
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Eine zweckmäßige Ausbildung des erfindungsgemäßen Schalters besteht
darin, daß der Differentialkolben an seiner der Kontakttulpe zugewandten Seite nach
innen mehrfach abgesetzt ist und eine zentrale,
kegelförmige Erhöhung
und einen auf einem Absatz aufliegenden Einsatz besitzt, der mit einer Ringwulst
unter Befassung eines als Verbindungskanal und als Ausströmringspalt dienenden Zwischenraumes
in eine der Ringwulst entsprechende, die kegelförmige Erhöhung umgebende Vertiefung
des Differentialkolbens eingreift, daß die Ringwulst an der Wurzel mit Radialbohrungen
versehen ist, daß in Verlängerung dieser Radialbohrung in der Wandung des Differentialkolbens
Radialbohrungen vorgesehen sind und daß in dem Spalt, in welchem sich die Radialbohrungen
der Ringwulst und die Radialbohrungen in der Wandung des Differentialkolbens gegenüberstehen,
als Rückschlagventil ein ringförmiges elastisches Band untergebracht ist.
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Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Löschkammer eines Flüssigkeitsschalters
stellt die Zeichnung im Schnitt dar.
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Durch den in einem Zylinder 9 untergebrachten Differentialkolben 1
ist koaxial ein Schaltstift 13 lose hindurchgeführt. Dieser wird in bekannter Weise
betätigt und greift in der Einschaltstellung mit dem einen Ende in die innerhalb
des Zylinders 9 in Höhe des Teiles des Differentialkolbens 1 mit größerem Durchmesser
fest angeordnete Kontakttulpe 14 ein.
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Der Differentialkolben trägt an demselben Teil zur Abdichtung und
zur Führung im Zylinder 9 einen Kolbenring 10. Am einen Ende des Zylinders
9 ist ein Innenflansch 9a angebracht. An dessen Innenkante ist der Differentialkolben
mit seinem Teil mit kleinerem Durchmesser unter Abdichtung geführt. Der durch diesen
Innenflansch abgeschlossene Raum 17 zwischen der Zylinderwandung und dem Teil des
Differentialkolbens mit kleinerem Durchmesser dient zur Aufnahme von Flüssigkeit,
die durch Saugventile 1.1 in dem Innenflansch 9 a beim Verschieben
des Differentialkolbens in die Einschaltstellung eintreten kann. In diesem Raum
17 ist eine den Differentialkolben mit Abstand umgebende Schraubenfeder 12 untergebracht,
die sich mit dem einen Ende am Innenflansch und mit dem anderen Ende an dem Absatz
zwischen den beiden Durchmesserstufen des Kolbens 1 abstützt. Dieser wird dadurch
für gewöhnlich in Richtung auf die Kontakttulpe 14 hin gedrückt, soweit es ein auf
der Zylinderinnenwandung vorgesehener Anschlag für den Kolbenring 10 gestattet.
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Der Differentialkolben 1 ist, wie an sich bekannt ist, an dem stärkeren
Ende becherartig ausgebildet, und die Kontakttulpe 14 befindet sich zum größten
Teil innerhalb dieses Bechers. Die in der Tiefe bis zum schwächeren Teile des Differentialkolbens
reichende Höhlung besitzt eine zweifach abgesetzte Innenwandung, beläßt aber am
Grunde eine kegelförmige Erhöhung 19. Auf dem unteren Absatz der Becherinnenwandung
ruht ein Einsatzstück 16 auf. Dessen Unterseite weist eine in den Raum um die kegelförmige
Erhöhung 19 herum eingreifende Ringwulst 16a von solcher Form, Anordnung
und Größe auf, daß an allen Stellen ihres Profils bis zur gegenüberliegenden Becherwandung
bzw. dem Mantel der kegelförmigen Erhöhung 19 ein gleicher Zwischenraum vorhanden
ist. Es besteht somit zwischen dem Einsatzstück 16 und dem mit der kegeligen Erhöhung
19 versehenen Boden der Höhlung im Differentialkolben ein Spalt 2 von im
Querschnitt gewölbter Form, der sich als Ausströmungsspait 18 zum Schaltstiftkanal
hin öffnet. In den Spalt 2 münden eine Anzahl radialer Bohrungen 2 a im schwächeren
Teil des Differentialkolbens. Außerdem ist die an der Unterseite des Einsatzstückes
16 vorgesehene Ringwulst 16 a mit Radialbohrungen 3 versehen, welche zweckmäßig
mit den Bohrungen 2a in der gleichen Ebene und möglichst auch in der gleichen Achse
liegen. In dem zylindrisch verlaufenden Teil des Spaltes 2 zwischen der Ringwulst
16a und dem Differentialkolben 1 befindet sich ein elastisches Band 4, das sich
entweder vor die Bohrungen 2 a oder vor die Bohrungen 3 legt und sie dadurch abdeckt.
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Im übrigen ist der schwächere Teil des Differentialkolbens 1 auf dem
größten Teil seiner Länge als Hohlzylinder ausgeführt. Auf dessen Innenwandung sind
in gewissen Abständen voneinander Ringrippen 6 vorgesehen, die so weit an den Schaltstift
13 heranreichen, daß nur ein Durchgang mit geringem Spiel für diesen verbleibt.
Durch diese verschiedenen Ringrippen 6 werden zwischen ihnen gelegene ringförmige
Kammern 7 abgeteilt.
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Wird beim Ausschalten der Schaltstift 13 aus der Kontakttulpe 14 herausgezogen,
so entsteht zwischen beiden ein Lichtbogen. Dieser verbleibt vollkommen innerhalb
des vom Becher gebildeten Hohlraumes 5. Dessen Wände schützen somit die Wandung
des Zylinders 9 gegen heiße Gase oder abspritzende geschmolzene Metallteilchen.
Da der Zylinder 9 auch nach oben abgeschlossen ist, entsteht durch den Lichtbogen
infolge Gaserzeugung im Raum 5 ein beträchtlicher Druck. Durch diesen wird der Differentialkolben
1 entgegen der Wirkung der Feder 12 von der Kontakttulpe 14 abgedrückt. Er bewegt
sich dabei also in der gleichen Richtung wie der Schaltstift 13. Er drückt dabei
aus dem Pumpraum 17 Flüssigkeit durch die Radialbohrungen 2 a im schwächeren Teil
des Differentialkolbens in den Spalt 2 hinein. Das elastische Band 4 wird dabei
nach innen gedrückt und sperrt die Bohrungen 3 in der Ringwulst 16a des Einsatzstückes
16 ab. Wenn der Schaltstift 13 bei seiner Abwärtsbewegung, die im allgemeinen schneller
ist als die Bewegung des Differentialkolbens, den Ausströmringspalt 18 passiert,
spritzt aus diesem die Flüssigkeit konzentrisch nach innen und löscht den noch zwischen
Kontaktstift 13 und Kontakttulpe 14
bestehenden Lichtbogen vollständig
aus. Der größte Teil der eingespritzten Flüssigkeit verdampft auf diese Weise.
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Wenn der Schaltstift 13 bei seiner Bewegung bis hinter die unterste
Ringrippe 6 gelangt ist, erfolgt ein vollständiger Ausgleich des Druckes ins Freie.
Die Gase dringen bei Freigabe des Ringspaltes 18 auch von innen her in den Kanal
2 und in die Radialbohrungen 3 der Ringwulst 16 a am Einsatzstück 16 ein. Dadurch
wird der elastische Ring4 von der Innenseite her gegen die gegenüberliegende Wandung
derHöhlung des Differentialkolbens gepreßt und verschließt dadurch die Radialbohrungen
2 a. Da die Bohrungen 3 kürzer sind als der Weg, welchen die Druckwelle durch den
Spalt 2 hindurch um die Wulst 16a herum nehmen muß, bevor sie zum elastischen Ring
4 gelangt, findet der Verschluß der Radialbohrungen 2 tt statt, bevor die in dem
Spalt 2 noch befindliche Flüssigkeit durch Radialbohrungen 2 a entweichen konnte.
Auf diese Weise wird sicher verhütet, daß durch den Lichtbogen verschmutzte Flüssigkeit
oder Gase in den Pumpraum 17 gelangen und die darin befindliche Flüssigkeit verschmutzen
könnten.
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Sowie ein Druckausgleich erreicht ist, wird der Differentialkolben
1 durch die Spannung der Feder 12
wieder nach aufwärts auf die Kontakttulpe
14 zu bewegt. Dabei wird durch die Ventile 11 Flüssigkeit in den Pumpraum eingesaugt.
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Beim Ausschalten kleiner Ströme könnte es vorkommen, daß der durch
den Lichtbogen erzeugte Gasdruck im Innern der Lichtbogenkammer 5 den Differentialkolben
so träge verschiebt, daß der Druck der am Ringspalt 18 austretenden Flüssigkeit
nicht genügt, den Lichtbogen zu löschen. In diesem Fall findet das Löschen, wie
an sich bei Differentialkolbenschaltern bekannt ist, in Höhe der Kammern 7 statt,
in welche die aus dem Ringspalt 18 austretende Flüssigkeit fließt, wodurch an diesen
Stellen eine Abkühlung eintritt.