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Löschkammer für Hochleistungsschalter Es ist bekannt, in eine Löschkammer
einen federbelasteten Kolben als Begrenzungswand der Löschkammer einzubauen, der
beim Auftreten eines übergroßen Druckes sich in Bewegung setzt und damit den Inhalt
der Löschkammer vergrößert. Durch die Vergrößerung des Löschkammervolumens wird
ein übermäßiges Ansteigen des Gasdruckes verhindert. Um auf diese Weise hohe Druckstöße
wirkungsvoll herabzumindern, muß man dem Kolben die Möglichkeit geben, einen großen
Weg zurücklegen zu können. Das bedeutet aber, daß der Kammeraufbau zu einer unwirtschaftlichen
Größe des Schalters führt. Auch ist die Gegenfeder des Kolbens, die ihn in seine
Anfangslage zurückführen muß, ein schwer zu beherrschendes Glied. Sie muß entsprechend
den in der Kammer auftretenden Drücken sehr kräftig und in Anpassung an den großen
Kolbenweg weit durchfedernd sein. Um praktisch verwertbare Abmessungen für die Löschkammer
zu erhalten, wurde empfohlen, die Löschkammerausführung derart abzuändern, daß der
druckgesteuerte Kolben bei seiner Bewegung die Freigabezusätzlicher AuslaBöffnungen
bewirkt. Es braucht hierbei der Kolben nur einen kleinen Weg zurückzulegen. Er öffnet
dafür aber zusätzliche Austrittsöffnungen der Löschkammer, die einen Druckausgleich
zwischen dem Innenraum und dem Außenraum der Löschkammer erlauben. Der Kolben ist
ein einfacher Scheibenkolben, der durch eine Gegenfeder in seiner Anfangslage festgehalten
wird. Um die Feder bei den in der Kammer auftretenden Schaltdruckstößen zu entlasten,
ist der Kolben als das bewegliche Glied einer Flüssigkeitsförderpumpe ausgebildet.
Als solches hat der Kolben die auf seiner Gegenseite befindliche Flüssigkeit durch
entsprechend enghemessene Löcher nach
einem Raum niederen Druckes
zu pressen. Der Kolben ist auf diese Weise in seiner Bewegung gedämpft, er kann
daher auch nicht schlag- oder ruckartig arbeiten. Die Feder .kann. klein gehalten
werden, da sie keine Kraft in der Größenordnung des in der Kammer auftretenden Druckes
aufzubringen hat.
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Eine Weiterentwicklung dieser Löschkammer führte zu zwei neuen, bekannten
Schaltern. Bei dem einen Schalter mit einer Flüssigkeitspumpeinrichtung sind in
einer Löschkammer zwei Unterbrechungsstellen untergebracht. Der Gasdruck der einen
Unterbrechungsstelle treibt den in seiner Bewegung gedämpften Pumpkolben an, der
Flüssigkeit über die zweite, im Auslaßkanal der Löschkammer sitzende Unterbrechungsstelle
treibt.
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Bei dem zweiten Schalter dieser Gattung wird, um die zweite Unterbrechungsstelle
in der Löschkammer zu sparen, der Pumpkolben als Differentialkolben ausgebildet,
der auf der größeren Kolbenseite durch den Lichtbogengasdruck der Unterbrechungsstelle
angetrieben wird, und der mit seiner kleineren Kolbenseite Flüssigkeit höheren Druckes
in denselben einzigen Lichtbogen spritzt. Bei a11 diesen Ausführungen erfolgt die
Bewegung des Kol= bens stetig und nicht schlagartig, da der Kolben als Bremse wirkt.
Die Rückstellfeder des Kolbens kann klein und schwach ausgebildet sein.
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Diese Ausführungen haben aber den großen Nachteil, daß der in einer
mit Flüssigkeit gefüllten Löschkammer bei der Einleitung der Kontakttrennung entstehende
hohe Druckstoß von der Kammerwandung zunächst einmal aufgefangen werden muß. Der
Druckstoß bei der Kontakttrennung entsteht so plötzlich und steil ansteigend, daß
der Kolben nicht Zeit findet, sich genügend frühzeitig in Bewegung zu setzen, um
die Kammerauslaßöffnungen freizulegen. Die Kammerwandung muß dem hohen Druckstoß
gewachsen sein, und die Materialbeanspruchung ist bereits aufgetreten; bevor der
Kolben seine Hubbewegung antreten kann.
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Um den beim Schaltvorgang entstehenden Druckstoß zu vermeiden, wurde
ein Schalteraufbau vorgeschlagen, bei dem der feste Kontakt sich in einem mit dem
Raum außerhalb der Löschkammer in freier Verbindung -stehenden Raum befindet, der
von den von dem Differentialkolben begrenzten Räumen durch eine isolierende, den
Löschkanal enthaltende Zwischenwand abgetrennt ist. Bei diesem bekannten Schalter
befindet sich die Kontaktstelle außerhalb der beiden Pumpenräume der Löschkammer
und der durch den Lichtbogen hervorgerufene Druck kann sich zum großen Teil hemmungslos
nach dem druckfreien Außenraum ausgleichen. Dies ist insbesondere bei hoher Betriebsspannung
nachteilig, wo der feste Kontakt weit von der Isoliertrennwand entfernt liegen muß.
Hierbei geht ein großer Teil der Lichtbogenenergie praktisch unaus= genutzt für
den Löschvorgang verloren und es wird die Löschung unerwünscht verzögert.
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Durch die Erfindung wird die durch den Schältdruckstoß in der Pumpkammer
hervorgerufene hohe Beanspruchung der Kammerwandung bei einem Schalteraufbau vermieden,
bei dem die Kontaktstelle in der üblichen Weise im Innern der Pumpenräume der Löschkammer
eingebaut ist. Sofort bei Auftreten eines Überdruckes in der Kammer soll ein Teil
des Flüssigkeitsinhaltes, ohne daß ein Kammerglied in Bewegung gebracht werden muß,
ungehindert und damit auch unverzögert und gut geführt die '#Kammer verlassen können.
Damit wird das Entstehen einer hohen Druckspitze verhindert. Erst nachdem Austritt
eines Teiles des Kammerinhaltes setzt sich der mit Dämpfung arbeitende Kolben bei
einem mäßig hohen Kammerdruck in Bewegung. Um aber ein unnötig tiefes Absinken des
Kammerdruckes und damit ein Nachlassen der Lichtbogenbespülung zu verhindern, verschließt
der Kolben erfindungsgemäß kurz nach dem Verlassen seiner Ruhelage die in der Löschkammerwand
vorgesehenen Auslaßöffnungen und hält sie bis zur Beendigung des Löschvorganges
verschlossen. Die Antriebskraft des Kolbens bleibt auf einem gewünschten Druckniveau
erhalten, bis schließlich die endgültige Löschung des Lichtbogens erreicht ist.
Erst dann kehrt der Kolben in seine Anfangslage zurück und legt die Auslaßöffnungen
der Löschkammer wieder frei.
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In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
In der Löschkammer i des Bildes i, die durch einen Boden 2 und durch einen Deckel
3 verschlossen ist, befindet sich eine durch den ruhenden Kontakt 4 und den beweglichen
Kontaktstift 5 gebildete Unterbrechungsstelle. Weiterhin ist in der Löschkammer
ein Kolben 6 untergebracht, der die Kontaktstelle umschließt und durch eine Druckfeder
7 belastet ist. Wird die Kontaktstelle 4, 5 getrennt, so entsteht zwischen den beiden
Kontakten ein Lichtbogen, dessen Wärme einen Teil des Flüssigkeitsinhaltes der Kammer
verdampft. Die Dampfbildung ruft in einer verschlossenen Löschkammer trotz der Anwesenheit
eines beweglichen Kolbens einen augenblicklich auftretenden und sehr hohen Druckstoß
hervor, der die Löschkammerwandung hoch beansprucht. Diese hohe Wandungsbeanspruchung
tritt auf, da der Kolben nicht so plötzlich seine Hubbewegung antreten kann. Er
muß zunächst ebenfalls den Druckstoß aufnehmen und erst darauffolgend vermag er
seine Ruhelage zu verlassen. Um die hohe Druckstoßspitze zu beseitigen und den Kolbenantriebsdruck
kräftig herabzumindern, sind zusätzliche Auslaßöffnungen 8 in der Kammerwandung
vorgesehen, denen Öffnungen 9 in der Gleitwand des Kolbens gegenüberstehen. Setzt
bei dem Entstehen des Lichtbogens die Dampfbildung ein, so wird ein Teil des Kammerinhaltes
durch die Öffnungen 9 Und 8 hinausgeschleudert. Die entstehende Dampfblase findet
Raum in der Kammer, und der Druckanstieg bleibt in zulässigen Grenzen. Nachdem der
Kolben seine Ruhelage verlassen hat, «erden die Auslaßöffnungen 8 in der Kammerwandung
durch die zylindrische Gleitfläche des Kolbens verschlossen, um ein unerwünschtes
Absinken des Kammerdruckes zu verhindern. Dieser bleibt vielmehr bis zur Freigabe
der Löschöffnung im Kammerboden 2 in annehmbarer Höhe, da infolge der Kolbenbewegung
die
Löschkammer fortlaufend vergrößert wird. Die Fortbewegung des
Kolbens ist dabei eine stetige und gleichmäßige und keinesfalls eine ruckartige,
da der Raum auf der Gegenseite des Kolbens entsprechend enge Austrittsöffnungen
besitzt, durch die Flüssigkeit herausgepreßt wird. Der Kolben übt also eine regelrechte
Pumpwirkung aus. Infolge der gebremsten und zügigen Bewegung des Kolbens hat die
Gegenfeder 7 des Kolbens keine Kraft in der Größenordnung des Kammerdruckes aufzunehmen.
Sie ist entlastet und dient lediglich zur Zurückführung des Kolbens. Sobald der
Kolben nach dem Ausschalten seine Anfangslage wieder erreicht hat, ist die Löschkammer
oben und unten offen, so daß Gas aus der Kammer nach oben entweichen und Flüssigkeit
von unten die Kammer schnell füllen kann.
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In dem Bild 2 ist ein Löschkammerschalter mit einer Differentialpumpeinrichtung
dargestellt. In einer Löschkammer i ist ein Differentialpumpkolben 6 eingebaut,
der die Kontaktstelle umschließt. Diese besteht aus dem ruhenden Kontakt 4 und dem
beweglichen Kontaktstift 5. Der Raum io ist der Kolbenantriebsraum und der Raum
i i der Flüssigkeitsförderraum. Von diesem Raum führt ein Kanal 12 zu dem Ringkanal
13 im Löschkammerdeckel, von wo aus die Löschflüssigkeit über den Lichtbogen zum
Kolbenantriebsraum io strömt, sobald der Kontaktstift 5 den Ringkanal 13 freigelegt
hat. Der Kolbenantriebsraum io, der zugleich der Lichtbogenraum ist, steht über
die Kanäle 9 in der Gleitwand des Kolbens und über die Kanäle 8 in der Löschkammerwand
mit dem Außenraum der Löschkammer während der Ruhelage des Kolbens in freier Verbindung.
Die Löschkammer i ist von einem Schaltergehäuse 14 umgeben, das zum Teil mit Flüssigkeit
angefüllt ist. Die Druckfeder 7 dient zum Zurückführen des Kolbens 6 in seine Anfangslage,
nachdem der Abschaltvorgang beendet ist.
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Die Arbeitsweise des Schalters ist die folgende: Wird die Kontaktstelle
unterbrochen, verläßt also der Kontaktstift 5 seinen Gegenkontakt 4, so entsteht
zwischen den beiden Kontakten ein Lichtbogen, dessen Wärme einen Teil des Flüssigkeitsinhaltes
des Kolbenantriebsraumes io verdampft und vergast. Die in der Umgebung des Lichtbogens
entstehende Gasblase kann sich unter einer annehmbaren Drucksteigerung ausbilden,
da Flüssigkeit unter der Wirkung des entstehenden Kammerdrukkes durch die Öffnungen
9 und 8 unverzögert austreten kann. Es sind Führungswände 19, 20 im Kolbenantriebsraum
io vorgesehen, um die Verschic= bung des Kammerinhaltes zu den Ausströmöffnungen
möglichst ungehemmt und gut geführt verlaufen zu lassen. Diese Führungswände können,
wenn der Raum io in üblicher Weise ein weiter Raum ist, besondere eingebaute Wände
sein. Es kann aber auch nur die eine Führungswand i9 eine ortsfeste Kammerwand,
die zweite Führungswand hingegen die den Kolbenantriebsraum begrenzende Kolbenfläche
20, wie die Bilder 2, 3 und 4 zeigen, sein. Wichtig ist dabei, daß für den ersten
Augenblick der Lichtbogenbildung die um den Lichtbogen entstehenden Gase und Dämpfe
sich leicht zu einer Gasblase ausbilden können. Dies ist der Fall, wenn der Inhalt
des Raumes io widerstandslos und wirbelfrei zu einem Raum niederen Druckes gut geführt
abgleiten kann. Auf seinem weiteren Ausschaltweg legt der Kontaktstift 5 den Ringkanal
13 im Kammerhals frei. Unter der Einwirkung des Gasdruckes in dem Kolbenantriebsraum
io verläßt nunmehr der Kolben 6 seine Ruhelage und verschließt auf seinem Hubweg
die Ausströmöffnungen 8 in der Löschkammerwand. Dadurch wird ein unerwünschtes Absinken
des Kolbenantriebsdruckes in dem sich stetig erweiternden Raum io verhindert.. Der
Druck bleibt in zulässigen Grenzen während des ganzen Löschvorganges erhalten. Die
aus dem Raum i i verdrängte Flüssigkeit fließt durch den Kanal 12 und durch den
Ringkanal 13 über den Lichtbogen hinweg zum Kolbenantriebsraum io. Der Lichtbogen
wird durch die Löschströmung kräftig gekühlt und in dem folgenden Stromnulldurchgang
zum endgültigen Erlöschen gebracht.
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Die neue Einrichtung ist vielleicht noch wertvoller für den Einschaltvorgang
als für den Ausschaltvorgang, da durch sie die gefürchteten außerordentlich hohen
Einschaltdruckstöße vermieden werden. Wird der Kontaktstift 5 in Einschaltrichtung
bewegt, so wird je nach der Größe der Betriebsspannung schon recht frühzeitig ein
Überschlag zwischen dem Kontaktstift 5 und dem ruhenden Kontakt 4 erfolgen, also
zu einer Zeit, wo die Kontaktentfernung-noch verhältnismäßig groß ist. Bei dem entstehenden
langen Einschaltlichtbogen ist die frei werdende Lichtbogenenergie beträchtlich
und dementsprechend auch die Flüssigkeitsverdampfung in der Umgebung des Lichtbogens
eine sehr große. Dieser großen und plötzlichen Dampfentwicklung entspricht ein sehr
hoher Druckstoß in einer geschlossenen Kammer, der eine Zertrümmerung der Kammerwandung
herbeiführen kann.
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Durch den Erfindungsgegenstand wird die Gefahr des Auftretens einer
unzulässigen Wandungsbeanspruchung auch beim Einschalten vermieden. Selbst für den
Fall, daß der Kontaktstift beim Entstehen des Einschaltlichtbogens bereits die Öffnung
in dem oberen Löschkammerdeckelverschlossen hat, können die entstehenden Gase und
Dämpfe ohne Hemmung durch den ringkanalartigen Kolbenantriebsraum io und durch die
Öffnungen 9 und 8 leicht abgleitend die Kammer verlassen. Sie verdrängen den geringen
Flüssigkeitsinhalt aus dem Raum io und es brennt der Einschaltlichtbogen nur noch
in Gas, ohne fortlaufend neue Dämpfe erzeugen zu können.
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Die Anordnung nach Bild 3 weicht insofern von der Schalterausführung
nach Bild 2 ab, als der Differentialpumpkolben 6 bei diesem Schalter in Ausschaltrichtung
des Kontaktstiftes 5 seinen Pumpweg zurücklegt. Bei diesem Schalteraufbau liegt
der Flüssigkeitsförderraum i i innerhalb des Druckausgleichsraumes 1s, während der
Kolbenantriebsraum io wiederum, wie bei der Ausführung nach Bild 2, dicht oberhalb
des ruhenden Kontaktes 4 angeordnet ist. Dieser Aufbau bietet den Vorteil,
daß
die Löschkammerwand i als einfache Zylinderwand ausgeführt werden kann, bei der
.der Wandkanal 12 (Bild 2) in Fortfall kommt. Im übrigen ist die Wirkungsweise die
gleiche wie bei dem Schalteraufbau nach Bild 2.
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Die Schalterkonstruktion nach Bild 4 stellt eine weitere Vereinfachung
in dem Aufbau des Erfindungsgegenstandes dar. Im Gegensatz zu den bisherigen Darstellungen
erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel die Beblasung des Lichtbogens mit Löschflüssigkeit
mit Hilfe eines im Kolben 6 angeordneten Ringkanals 13. Der Kolbenantriebsraum
io liegt an der- gleichen Stelle wie bei dem Schalter nach Bild 3. Der Raum i i
ist in diesem Falle der Flüssigkeitsförderraum, während die Rückstellfeder diesmal
unmittelbar im druckfreien Schalterraum 15 untergebracht ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
bleibt die Wirkungsweise des Schalters unverändert wie bei dem Schalter nach Bild
2 oder 3. Wird in bekannter Weise der Rückseite des ortsfesten Kontaktes 4 ein kleiner
Pumpkolben 16 vorgelagert, der durch die Einschaltbewegung des Kontaktstiftes $
gegen eine Druckfeder 17 verstellt wird, so hat man die Gewähr, daß der I-iohlkontakt
4 bei der Ausschaltbewegung des Kontaktstiftes durch den Kolben 16 schlüssig mit
Flüssigkeit angefüllt wird, wodurch die Ausbildung eines Unterdruckes iui Hohlkontakt
4 vermieden ist. Hat der Kontaktstift den Hohlkontakt 4 verlassen, so wird der in
der Umgebung des Lichtbogens im offenen Raum io entstehende geringe Überdruck nicht
in der Lage sein, den Lichtbogenfußpunkt am Kontakt 4 in die mit Flüssigkeit angefüllte
Bohrung des Kontaktes hineinzutreiben. Die Bohrungswandung im Kontakt 4 bleibt frei
vom Lichtbogen und damit auch frei von Abbrandstellen, so daß im eingeschalteten
Zustand ein guter Stromübergang im Hohlkontakt 4 gewährleistet ist. 18 ist ein Rückschlagventil
im Kolben 16, das einen Flüssigkeitsübertritt von der Unterseite des Kolbens zur
oberen Seite des Kolbens gestattet, sobald der Kolben 16 durch den Kontaktstift
nach unten bewegt wird.