[0001] Die Erfindung betrifft einen Blaskolbenschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
[0002] Blaskolbenschalter sind elektrische Leistungsschalter, bei denen die Gasströmung zur
Beblasung des Lichtbogens während einer Ausschalthandlung gleichzeitig mit der Bewegung
des beweglichen Schaltstückes dadurch erfolgt, daß ein Zylinder über einen-feststehenden
Kolben gezogen wird, wodurch der Raum innerhalb des Zylinders verkleinert und das
darin befindliche Gas komprimiert wird, welches bei der weiteren Ausschaltbewegung
der Trennstelle und damit dem Lichtbogen zu dessen Löschung zugeführt wird.
[0003] Bei derartigen Blaskolbenschaltern wird der Blaskolben oder der Blaszylinder durch
einen externen Antrieb gemeinsam mit dem beweglichen Schaltstück angetrieben, wobei
der Antrieb den Energiebedarf zur Beschleunigung der bewegten Massen, zur Überwindung
der Reibungskräfte und zur Komprimierung des im Blaszylinder befindlichen Löschgases
decken muß. Dies erfordert einen entsprechend dimensionierten leistungsstarken Antrieb,
so daß dessen Herstellkosten einen erheblichen Anteil der gesamten Schalterkosten
ausmachen.
[0004] Die Energie des externen Antriebs kann bei gleichbleibendem Ausschaltvermögen des
Leistungsschalters verringert werden, indem die zur Erzeugung einer Gasströmung für
die Lichtbogenbeblasung erforderliche Energie zumindest teilweise dem Lichtbogen.
selbst entnommen wird.
[0005] Es ist ein elektrischer Leistungsschalter bekanntgeworden (DE-OS 23 49 263), bei
dem außerhalb des Kompressionsraumes des Blaskolbenschalters ein Hilfslichtbogen gezogen
wird, der die Temperatur des Gases in seinem eigenen Brennraum und damit den Druck
erhöht, wodurch der Blaskolben zusätzlich mit einer Antriebskraft beschleunigt wjrd.
Es besteht dabei die Möglichkeit, mittels des Hilfslichtbogens eine zusätzliche Gasströmung
zu erzeugen, welche zu der Gasströmung des Blaskolbens hinzukommt (vgl. beispielsweise
FR-PS 858 497).
[0006] Bei beiden Lösungen ist jeweils ein Hilfslichtbogen erforderlich, der besondere und
dafür geeignete Kontaktstücke erfordert, welche im Laufe der Zeit in gleicher Weise
wie die Hauptkontaktstelle einem Abbrand unterworfen sind, so daß im Falle einer Revision
nicht nur die Kontaktstelle als solche, sondern auch die Hilfskontaktstelle erneuert
werden muß.
[0007] Ein weiterer unerwünschter Nebeneffekt bei der Erzeugung einer. Löschgasströmung
durch einen Hilfslichtbogen besteht darin, daß das Löschgas erhitzt und damit in seiner
Löschfähigkeit herabgesetzt wird.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Blaskolbenschalter der eingangs genannten Art
zu schaffen, bei dem die Nachteile der
be-kannten Einrichtungen vermieden sind.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine zusätzliche Kolben-Zylinderanordnung
vorgesehen ist, deren Kompressionsraum mittels einer vom Strom bei einer Schalthandlung
betätigbaren Vorrichtung komprimierbar,ist, wobei dadurch der Blasströmung zusätzliches
Löchgas zugeführt wird.
[0010] Als vom Strom betätigbare Vorrichtung ist eine Schraubenfeder vorgesehen, auf die
bei einer Schalthandlung der Strom wenigstens teilweise kommutiert wird, welche Schraubenfeder
an einem Ende fest eingespannt und am anderen Ende mit dem beweglichen Kolben der
zusätzlichen Kolbenzylinderanordnung (zweiter beweglicher Kolben) fest verbunden ist.
[0011] Anstatt des physikalischen Effektes einer Druckerhöhung infolge Temperaturanstieges
wird hier die elektromagnetische Kraftwirkung des Kurzschlußstromes ausgenutzt.
[0012] Die Wirkungsweise der Anordnung ist im Prinzip die folgende:
[0013] Im Ruhezustand fließt der Strom im wesentlichen über ein Stromführungsrohr von der
Anschlußstelle, an der der Festkontakt angeschlossen ist, bis hin zu der Anschlußstelle,
die mit dem beweglichen Kontaktstift oder Kontaktstück in Verbindung steht. Im Falle
einer Ausschalthandlung wird der Strom aufgrund geeigneter Isolierschichten auf eine
Schraubenfeder kommutiert.
[0014] Aufgrund der magnetischen Kraftwirkung zwischen den einzelnen Windungen der Schraubenfeder
zieht sich diese in Abhängigkeit von der Größe des Stroms mehr oder weniger stark
zusammen. Dadurch wirdder bewegliche Kolben von der Feder gegen den festen Kolben
bewegt, wodurch das in diesem Raum befindliche Gas komprimiert und als zusätzlicher
Gasstrom dem Lichtbogen zu dessen
Beblasung zugeführt wird. Die Schraubenfeder ist so zu bemessen,
daß sie aufgrund der Erwärmung durch den Kurzschlußstrom undder auftretenden Kräfte
nicht zerstört wird. Diese Kräfte sind die durch den Strom hervorgerufenen Kontraktionskräfte,
denen der
' Gasdruck sowie die von der Trägheit des beweglichen Kolbens herrührenden Beharrungskräfte
entgegenwirken.
[0015] Es hat sich herausgestellt, daß zwei Varianten günstig sind:
[0016] Die erste Variante kann dadurch gekennzeichnet sein, daß die. zusätzliche Kolben-Zylinderanordnung
durch den über den feststehenden Kolben der Blaskolbenanordnung (erster feststehender
Kolben) gezogenen Blaszylinder und einem den Blaszylinder umgebenden äusseren Zylinder
gebildet ist, zwischen denen der Kompressionsraum der zusätzlichen Kolben-Zylinderanordnung
liegt. Dabei kann die Schraubenfeder an dem feststehenden Kolben der zusätzlichen
Kolbenzylinderanordnung (zweiter feststehender Kolben) befestigt sein, und der zweite
feststehende Kolben kann mit dem äußeren Zylinder im Inneren des Schalters ortsfest
angebracht sein, wobei der Blaszylinder relativ zu dem äußeren Zylinder und zusammen
mit dem beweglichen Schaltstück in Ausschalt- und Einsschaltrichtung bewegbar ist.
Dabei kann der Blaszylinder in dem Bereich, der bei der Ausschaltbewegung im Inneren
des zweiten feststehenden Kolben gleitet, mit einer Isolierschicht bedeckt sein, wobei
die Länge der Isolationsschicht in axialer Richtung so bemessen ist, daß in eingeschaltetem
Zustand eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Blaszylinder und dem zweiten
feststehenden Kolben gegeben, nach Beginn der Ausschalthandlung und insbesondere dann,
wenn der Blaszylinder, der im Einschaltzustand den Strom führt, von der Festkontaktanordnung
freigekommen ist,jedo unterbrochen ist.
[0017] Eine weitere Variante kann darin bestehen, daß der äußere Zylinder mit dem Blaszylinder
fest verbunden ist. Dann besitzt der Blaszylinder vorteilhaft in der Nähe der Trennstelle
und an dem entgegengesetzten Ende einen Bereich aus elektrisch leitendem Material,
wobei der Bereich, der zwischen dem zweiten beweglichen und dem zweiten feststehenden
Kolben der zusätzlichen Kolben-Zylinderanordnung liegt, aus elektrisch isolierendem
Material gebildet ist.
[0018] Damit die Stromführung im Ausschaltzustand auch auf die Schraubenfeder kommutiert
wird, kann der zweite feststehende Kolben, der im Bereich der Trennstrecke liegt,
mit dem äußeren Zylinder unter Zwischenfügung einer elektrisch isolierenden Schicht
fest verbunden sein. Dann ist der zweite bewegliche Kolben der zusätzlichen Kolben-Zylinderanordnung
über eine Kontaktschicht mit dem äußeren Zylinder leitend verbunden.
[0019] Damit im Falle einer Ausschalthandlung die Gasströmung auch tatsächlich aus dem Raum
der zusätzlichen Kolben-Zylinderanordnung hin zum Lichtbogen strömen kann, ist in
dem feststehenden Kolben der zusätzlichen Kolbenzylinderanordnung ein Rückschlagventil
vorgesehen. Damit weiterhin beim Einschalten dieser Raum wieder mit Löschgas gefüllt
wird, besitzt der zweite bewegliche Kolben ebenfalls ein Rückschlagventil; beide Rückschlagventile
gestatten eine Strömung lediglich hin zur Trennstelle.
[0020] Weitere Maßnahmen, um eine optimale Kommutierung des Kurzschlußstromes von der Stromführungsbahn
im eingeschalteten Zustand auf die Schraubenfeder zu bewirken, gehen aus den Ansprüchen
12 und 13 hervor.
[0021] Die Befestigung der Schraubenfeder in dem zweiten festen und dem zweiten beweglichen
Kolben kann dadurch erfolgen, daß in dem zweiten festen und dem zweiten beweglichen
Kolben der zusätzlichen Kolben-Zylinderanordnung schraubenförmige Nuten eingebracht
sind, in denen die einzelnen Windungen der Schraubenfeder zwecks fester Verbindung
von Schraubenfedern mit dem beweglichen und festen Kolben eingesetzt sind.
[0022] In weiterer Ausgestaltung besteht auch die Möglichkeit, daß einil+ zelne Windungen
der Schraubenfeder auf dem zweiten festen und dem zweiten beweglichen Kolben mittels
Klemmstücken befestigt sind.
[0023] Im Normalfall kann die Schraubenfeder einen kreisförmigen
Drahtquerschnitt besitzen; es besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, den
Drahtquerschnitt rechteckförmmg auszubilden. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit,
die Windungen der Schraubenfeder, die nicht mit dem feststehenden und dem beweglichen
Kolben mechanisch und elektrisch verbunden sind, an ihrer Oberfläche mit einer Isolierschicht
zu versehen.
[0024] Die Schraubenfeder kann aus Federstahl bestehen; sie kann auch einen Kern aus Federstahl
und eine darauf aufgebrachte Schicht aus einem Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit
aufweisen.
[0025] Normalerweise kann die Schraubenfeder mit konstanter Steigung gewickelt sein, wobei
der Windungsquerschhitt der Schraubenfeder ebenfalls konstant sein kann.
[0026] Es hat sich herausgestellt, daß zu Beginn einer Einschalthandlung die Windungen im
Bereich der Einspannstellen stärker zusammenge- zogen werden, als im mittleren Bereich.
Aus diesem Grunde ist es günstig, die Schraubenfeder mit veränderlicher Steigung zu
wickeln; man kann auch den Windungsquerschnitt der Schraubenfeder verändern. Je nach
Bemessung desWindungsquerschnittes bzw. der Steigung kann eine günstige festigkeitsmäßige
Belastung der Schraubenfeder bewirkt werden, wobei gleichzeitig auch ein gleichmäßiges
Zusammenziehen der Windungen erzielbar ist.
[0027] Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt
sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen
sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
[0028] Es zeigt
Figur 1 einen Querschnitt durch eine erste Variation eines erfindungsgemäßen Blaskolbenschalters,
wobei links der Mittellinie der Schalter in eingeschaltetem Zustand und rechts der
Mittellinie in einer Zwischenstellung während der Ausschaltbewegung dargestellt ist.
Figur 2 den Blaskolbenschalter nach Fig. 1 in Ausschaltstellung,
Figur 3 eine Ausgestaltung gem. einer zweiten Variante der Erfindung in ähnlicher
Darstellung wie in Fig. 1,
Figur 4 die zweite Variante nach Fig. 3 in Ausschaltstellung,
Figur 5 eine Teilansicht gem. Punkt Blder Figur 1,
Figur 6 eine weitere Ausgestaltung der Teilansicht B der Fig. 1 und
Figur 7 einen Querschnitt durch eine Schraubenfeder.
[0029] Der Blaskolbenschalter gem. der Figur 1 besitzt ein rohrförmiges festes Kontaktstück
10, welches mit einem ebenfalls rohrförmig ausgebildeten beweglichen Schaltstück 12
zusammenwirkt. Dabei überdeckt das bewegliche Schaltstück 12 das feste Kontaktstück
10, durch welche Schaltstücküberdeckung eine Vorkompression im Blaskolbenschalter
bewirkt wird. Mit dem beweglichen Schaltstück fest verbunden ist ein Zylinder 14,
der an dem Ende des beweglichen Schaltstückes, an dem der Lichtbogen gezogen wird,
mit einer Blasdüse 16 aus Isolierstoff versehen ist, die zusammen mit dem Ende des
beweglichen Schaltstückes einen ringförmigen Kanal 18 bildet, die in einem radialen
Ringspalt 20 endet. Dabei ist der Zylinder mit dem beweglichen Schaltstück 12 mittels
Halterungsstegen 22 fest verbunden, so daß im Falle einer Ausschaltung das bewegliche
Schaltstück 12 zusammen mit dem Zylinder 14 und der Blasdüse 16 in Ausschaltstellung
bewegt werden kann (vgl. rechte Seite der Mittellinie der Fig. 1).
[0030] Um die Kontaktstelle herum ist ein ggf. mit Schlitzen versehener
Stromzuführungszylinder 24 vorgesehen, durch den im Ruhezustand der elektrische Strom
dem Zylinder 14 ggf. über Kontaktfinger 26 zugeführt wird.
[0031] Der Zylinder 14 arbeitet mit einem feststehenden Kolben 27 zusammen, derart, daß
bei einer Schalthandlung der Raum 28, der von dem Zylinder, dem Kolben, der Blasdüse
16 und dem beweglichen. Schaltstück 12 begrenzt wird, verkleinert wird, wodurch das
darin befindliche Gas komprimiert wird. Der Kolben 27 ist an seinem inneren und äußeren
Umfang mit Isolierschichten 122 und 123 versehen. Konzentrisch um den Zylinder 14
ist eine zusätzliche Kolben-Zylinderanordnung 30 angeordnet, die einen den Zylinder
14 in Abstand von diesem umgebenden weiteren feststehenden Zylinder 32 aufweist, der
mit einem feststehenden weiteren (zweiten) Kolben 34 fest verbunden ist.
[0032] In dem weiteren Zylinder 32 befindet sichein(zweiter) beweglicher Kolben 36, der
an seinem äußeren Umfang mit einer Isolierschicht 120 versehen ist. Im Inneren des
Zylinders 32 befindet sich eine Schraubenfeder 38, die an ihrem einen Ende mit dem
beweglichen Kolben 36 und an dem anderen Ende mit dem festen Kolben 34 fest verbunden
ist. Der Zylinder 14 besitzt in dem Bereich, in dem der Bewegungsweg des beweglichen
Kolbens 36 endet, einen Durchlaß 40, der mit dem Raum 28 durch ein Rückschlagventil
42 über den festen Kolben 26 in Verbindung steht. Dieses Rückschlagventil 42 gestattet
eine Gasströmung lediglich in den Raum 28 hinein und hindert eine Gasströmung aus
diesem heraus.
[0033] Im Bereich des weiteren feststehenden Kolbens 34 befindet sich zwischen diesem und
der Außenwand des Zylinders 14 eine erste Dichtung 44, der eine zweite Dichtung 46
zwischen den Zylinder 14 und der Außenfläche eines mit dem festen Kolben 26 fest verbundenen
Stützrohres 48 zugeordnet ist. Zwischen dem weiteren Kolben 34 und dem Zylinder 14
ist eine Isolierschicht 50 vorgesehen, an" die sich einemitdem festen Kolben 34 verbundene
und damit feststehende Kontäktlamelle 52 anschließt. Die Isolierschicht 50 ist auf
dem Zylinder 14 aufgebracht. In der Einschaltstellung (linke Hälfte von Fig. l ) fließt
der Strom,wie durch die strichpunkterte Linie I dargestellt, von dem Stromzuführungszylinder
24 über die Kontaktfinger 26 hin zu dem Zylinder 14 und über die Kontaktlamelle 52
zu dem feststehenden weiteren Kolben 34 und von dort zu nicht weiter dargestellten
Anschlußstücken.
[0034] Bei einer Ausschalthandlung (rechte Hälfte von Fig. l ) bewegt sich das bewegliche
Schaltstück 12 in Pfeilrichtung A. Sobald die Kontaktfinger 26 den beweglichen Zylinder
14 nicht mehr berühren und zusätzlich die Isolierschicht 50 die mit dem Kolben 34
verbundene Kontaktlamelle 52 überdeckt, nimmt der Strom nunmehr den folgenden, durch
die strichlierte Linie II dargestellten
Weg. Er fließt vom feststehenden Kontaktstück 10 zu dem beweglichen Schaltstück 12,
von dort über die Haltestege 22 hin zu dem Zylinder 14 und über eine am beweglichen
Kolben 36 angebrachte weitere Kontaktlamelle 121 zu dem beweglichen Kolben 36 und
über die Feder 38 hin zu dem feststehenden Kolben 34 und von diesem wieder zur Anschlußstelle,
weil die Kontaktlamelle 52 nunmehr gegenüber der Isolierschicht 50 liegt, wodurch
ein Stromfluß entlang dem Zylinder 14 hin zu dem Kolben 34 verhindert ist. Die Isolierschicht
50 ist also so zu bemessen, daß im eingeschalteten Zustand der Zylinder 14 über die
Kontaktlamelle 52 in elektrisch leitender Verbindung mit dem Kolben 34 steht, wogegen
in Ausschaltstellung bzw. nach einem gewissen Weg bei der Ausschaltbewegung die Isolierschicht
50 direkt unter den Kontaktlamellen 52 liegt (Fig. 1 und 2), so daß der dortige Widerstand
so stark erhöht ist, daß der Strom über die Schraubenfeder 38 fließt. Damit der Strom
nicht über das bewegliche Schaltstück 12 oder den Zylinder 14 hin zum feststehenden
Kolben 26 fließt, ist der Kolben 26 an seinem inneren Umfang mit einer Isolierschicht
122, an seinem äußeren Umfang mit einer Isolierschicht 123 versehen.
[0035] Die Gasströmung verläuft nuh wie folgt: Das SF
6-Gas, welches in dem Raum 28 komprim-iert wird, strömt gemäß Pfeilrichtung
F durch den Ringspalt 20 und teilt sich dort auf in einen Teilstrom F
1 sowie einen Teilstrom F
28 Aufgrund des Weges des elektrischen Stromes durch dde Schraubenfeder 38 wird die
Schraubenfeder komprimiert, derart, daß sich die Windungen anziehen, solange, bis
die Windungen blockartig aufeinander liegen. Dadurch wird der bewegliche Kolben 36
ebenfalls in Pfeilrichtung A gedrückt und der Raum zwischem dem beweglichen und dem
feststehenden weiteren Kolben 34 verkleinert, wodurch das darin befindliche SF
6-Gas komprimiert wird und gem. der Pfeilrichtung G durch den Durchlaß 40 im beweglichen
Zylinder 14 hindurch in den zwischen dem beweglichen Zylinder 14 und dem Stützrohr
48 gebildeten Ringraum hinein und über das Rückschlagventil 42, welches unter Druck
dieses Abgangsstromes öffnet, in den Raum 28 strömt wodurch sich der Gasstrom G mit
dem Gasstrom F vereinigt bzw. diesem hinzuaddiert wird und zusätzlich den Lichtbogen
54 bebläst. Durch diesen zusätzlichen Gasstrom G wird zum einen der Druck des Gases
im Ringspalt 20 vergrößert und zum anderen besteht der Vorteil, daß die Beblasung
des Lichtbogens verlängert wird, was ebenfalls mit besonderen Vorteilen verbunden
ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Druck des Gases im Ringspalt 20 aufgrund
der stromabhängigen Kraftwirkung der Schraubenfeder mit wachsenden Strömen ansteigt,
wodurch die Intensität der zusätzlichen Gasströmung G erhöht wird und der zwischen
dem feststehenden Schaltstück 10 und dem beweglichen Schaltstück 12 brennende Lichtbogen
54 unterbrochen wird. Nach Löschung des Lichtbogens 54 wird die Schraubenfeder stromlos,
so daß der bewegliche Kolben 36 aufgrund der mechanischen Federkraft der zuvor durch
den Strom gespannten Schraubenfeder 38 in seine Ausgangslage zurückkehrt.
[0036] Figur 2 zeigt den Blaskolbenschalter in Ausschaltstellung im stromlosen Zustand nach
Erlöschen des Lichtbogens.
[0037] In der Figur 5 erkennt man einen Teilbereich des elektrischen Schalters mit dem festen
weiteren Kolben 34, dem Zylinder 14 sowie dem Stützrohr 48 des Kolbens 26. Man erkennt,
daß die Isolierschicht 50 mit dem Zylinder 14 fest verbunden ist, wobei eine Ausnehmung
62 im Zylinder 14 angebracht ist, in die die Isolierschicht 50 eingelegt ist. Der
feststehende weitere Kolben 34 besitzt einen Rücksprung 64, der lediglich schematisch
angedeutet ist und der die Kontaktlamellenschicht 52 aufnimmt. Dadurch wird in der
Einschaltstellung, die in der Figur 5 zu sehen ist, eine elektrisch-galvanische Verbindung
zwischen dem Zylinder 14 und dem weiteren Kolben 34 bewirkt, welche im Falle einer
Ausschalthandlung, vgl. Fig. 1 rechte Seite, verhindert ist, weil die Isolierschicht
50 direkt unter der Kontaktlamellenschicht 52 liegt.
[0038] Aus der Figur 5 ist außerdem die Befestigung der Schraubenfeder 38 an dem feststehenden
Kolben 34 ersichtlich: Der Kolben 34 besitzt einen zylinderartigen Fortsatz 65, in
dessen Aussenfläche der Schraubenfeder 38 angepaßte schraubenartige Nuten 66 eingebracht
sind, so daß die einzelnen Windungen der Schraubenfeder 38 in den Nuten 66 liegen
und so für eine Kraftübertragung feststehender Kolben-Schraubenfeder sorgen. Die gleiche
Anordnung ist auch bei der mechanisch festen Verbindung zwischen dem beweglichen Kolben
36 und der Schraubenfeder 38 vorgesehen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Schraubenfeder
38 in diesen Bereich mittels einer Schweißverbindung fest mit dem beweglichen Kolben
36 bzw. mit dem feststehenden Kolben 34 zu verbinden.
[0039] Aus Fig. 6 ist eine weitere Befestigungsmöglichkeit für die Schraubenfeder ersichtlich.
Wie in Fig. 5, sind einzelne Windungen der Schraubenfeder 38 in schraubenartige Nuten
66, die am zylindrischen Fortsatz 65 des feststehenden Kolbens 34 angebracht sind,
eingebracht. Am Umfang sind Klemmstücke 67 vorgesehen, in die ebenfalls der Schraubenfeder
angepaßte Nuten 69 eingearbeitet sind. Mittels Schrauben 68 werden die Klemmstücke
67 mit dem Kolben 34 verschraubt und pressen die Windungen der Schraubenfeder 38 auf
den zylindrischen Fortsatz 65 des Kolbens. Die Schraubenfeder 38 kann als zylindrische
Schraubenfeder mit kreisförmigem Drahtquerschnitt ausgebildet sein. Die Windungen
können jedoch auch aus Drähten mit rechteckförmigem Querschnitt gebildet werden. Weiterhin
kann zur Optimierung der mechanischen Federbeanspruchung die Feder mit veränderlicher
Steigung oder variablem Drahtquerschnitt je Windung ausgebildet sein. Die frei im
Gasraum zwischen dem feststehenden weiteren Kolben 34 und dem beweglichen Kolben 36
befindlichen Federwindungen, die Federwindungen also, die nicht auf den beiden Kolben
befestigt sind, sind an der Drahtoberfläche mit einer Isolierschicht versehen, womit
verhindert wird, daß bei Kontraktion der Feder infolge der elektromagnetischen Kraft
bei Berührung benachbarter Federwindungen die sich berührenden Windungen elektrisch
kurzgeschlossen werden. Zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit kann die Feder aus einer
Kombination von Federstahl hoher mechanischer Festigkeit, jedoch geringer elektrischer
Leitfähigkeit und einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie z. B.,Kupfer,
bestehen.
[0040] Figur 7 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Windungsquerschnittes einer derartigen
Feder. Auf einen Drahtkern 301 aus Federstahl hoher mechanischer Festigkeit ist eine
Schicht 302 aus Kupfer aufgebracht. Darüber befindet sich eine elektrisch isolierende
Schicht 303, die beim Zusammenschlagen einzelner Windungen diese voneinander isoliert.
[0041] Anhand von Fig. 3 sei nun eine weitere Variante der erfindungs-. gemäßen Anordnung
beschrieben, bei der allerdings das Grundprinzip unverändert geblieben ist (in Fig.
3 ist wiederum links der gezeichneten Mittellinie der Schalter im eingeschalteten
Zustand rechts der Mittellinie während der Ausschaltbewegung gezeigt. Fig. 4 zeigt
den Schalter im ausgeschalteten Zustand. Auch hier ist wieder eine zusätzliche Kolben-Zylinderanordnung
vorgesehen, deren beweglicher Kolben mittels einer Schraubenfeder gegen den festen
zusätzlichen oder weiteren Kolben gezogen wird, wenn sie vom Strom durchflossen wird.
Im einzelnen ist der Schalter gem. Figur 3 aufgebaut, wie nachfolgend beschrieben
wird.
[0042] Der Leistungsschalter besitzt ein festes, rohrförmiges Kontaktstück 10, welches mit
dem beweglichen Schaltstück 12 zusammenwirkt, wobei das bewegliche Schaltstück 12
das feste
Kon- taktstück überdeckt, um eine Vorkompression zu erzielen. Mit dem beweglichen Schaltstück
12 ist der Zylinder 14 über Haltestege oder Halterungsstege 22 verbunden, so daß bei
einer Ausschalthandlung das bewegliche Schaltstück 12 zusammen mit dem Zylinder 14
in Pfeilrichtung A bewegt wird. Der Schalter be
- sitzt ferner einen feststehenden Kolben 68, der im Gegensatz zu dem feststehenden
Kolben 26 in Fig. 1 nicht mit einem Rückschlagventil versehen ist. Der feststehende
Kolben 68 wird von einem Stützrohr 7o gehalten, welches dem Stützrohr 48 im wesentlichen
entspricht. An seinem inneren Umfang ist der feststehende Kolben 68 mit einer Isolierschicht
125 versehen, die ihn elektrisch vom beweglichen Schaltstück 12 isoliert.
[0043] Die zusätzliche Kolben-Zylinderanordnung 72 ist gebildet durch einen äußeren Zylinder
74, der an dem Zylinder 14 an dessen der Trennstelle entgegengesetztem Ende dadurch
befestigt ist, daß der äußere Zylinder 74 einen nach innen umgebördelten Flansch 76
besitzt, dessen freies Ende an dem Zylinder 14 angeschweißt ist. An dem gegenüberliegenden
Ende, also im Bereich der Trennstelle, besitzt der äußere Zylinder 74 eine Abkröpfung
78 nach innen, die in einer Nase 80 ausläuft, an_ der eine Blasdüse 82 befestigt ist,
welche praktisch der Blasdüse 16 entspricht. Diese Blasdüse 82 bildet mit dem beweglichen
Schaltstück einen Zustromkanal 84, der in einem Ringspalt 86 endet, der dem Ringspalt
20 der Fig. 1 entspricht. Die Trennstelle ist wieder von dem Stromzuführungszylinder
24 umgeben, der über die Kontaktfinger 26 den Strom dem äußeren Zylinder 74 zuführt.
Der Stromfluß ist im Gegensatz zu der Anordnung gem. der Figur 1 so, daß er nicht
über den Zylinder 14, sondern über den äußeren Zylinder 74 im eingeschalteten Zustand
fließt. Er wird also über den Stromzuführungszylinder 24 und die Kontaktlamellen 26
der Nase 80 zugeführt und fließt über den äußeren Zylinder 74 hin zu dem Zylinder
14 und von dort zur Ableitung (nicht weiter dargestellt). Der Strom ist durch die
strichpunktierte Linie
IR (Ruhestrom) dargestellt. Im Inneren des äußeren Zylinders 74 befindet sich ein mit
dem inneren Zylinder 14 und dem äusseren Zylinder 74 mechanisch fest verbundener Kolben
88, der zwischen dem Zylinder 14 und sich einen Durchlaß 90 freiläßt, in dem sich
ein Rückschlagventil 92 befindet, welches so geschaltet ist, daß es lediglich eine
Gasströmung aus dem zwischen dem äusserem Zylinder 74 und dem Zylinder 14 gebildeten
Ringraum hin zum Innenkanal 84 bzw. zum Ringspalt 86 gestattet. Der feststehende Kolben
88 ist unter Zwischenfügung einer Isolierschicht 94 elektrisch von dem Zylinder 74
isoliert. In dem Ringraum zwischen dem Zylinder 74 und dem Zylinder 14 befindet sich
ein beweglicher Kolben 96, der unter Zwischenfügung einer Kontaktlamelle 98 elektrisch
leitend mit dem Zylinder 74 während des Hin- und Hergleitens verbunden ist. Der Zylinder
14 besitzt in seinem vorderen Bereich, also in dem Bereich, der der Trennstelle benachbart
ist, einen elektrisch leitenden Bereich
'100, der im Bereich zwischen dem festen und dem beweglichen Kolben 88 bzw. 96 endet
und in einen Bereich 102 aus elektrisch isolierendem Material übergeht, wobei im Bereich
des Flansches 76 der Zylinder 14 wieder aus elektrisch leitfähigem Material besteht,
Bereich 104. In dem Raum zwischen dem inneren Zylinder 14 und dem äußeren Zylinder
74 ist eine Schraubenfeder 106 vorgesehen, deren eines Ende mit dem beweglichen Kolben
96 und deren anderes Ende mit dem feststehenden Kolben 88 fest verbunden ist. Die
Innenfläche des beweglichen Kolbens 96 ist mit einer Isolierschicht (ohne Bezugsziffer)
versehen. Bei einer Ausschalthandlung bewegt sich das bewegliche Kontaktstück 12 zusammen
mit dem Zylinder 14 und dem äußeren Zylinder 74 in Pfeilrichtung A. Wenn die Nase
80 von den Kontaktfingern 26 freigekommen ist, erhält man einen Stromfluß von dem
festen Kontaktstück lo hin zu dem beweglichen Schaltstück 12, da dieses noch mit dem
festen Kontaktstück in Verbindung steht. Der Strom fließt weiter über die Haltestege
22 zu dem Bereich 100 des Zylinders 14 und von dort hin zu dem feststehenden Kolben
88. Der Strom fließt weiter über die Schraubenfeder 106 hin zum beweglichen Kolben
98 und von dort über die Kontaktlamelle zu dem äußeren Zylinder 74 und über den Flanschbereich
76
hin zu dem elektrisch leitenden Bereich 104 und dann zur Ableitung. Dieser Stromfluß
ist auf der rechten Seite der Mittellinie durch die strichlierte Linie II gekennzeichnet,
hierbei hat sich allerdings das bewegliche Schaltstück 12 vom festen Kontaktstück
10 bereits getrennt, so daß ein Lichtbogen 108 gezogen ist. Der Strom fließt dann,
ähnlich wie eben erwähnt, von dem festen Kontaktstück 10 über den Lichtbogen 108 hin
zum beweglichen Schaltstück 12, von dort über die Stege 22 hin zu dem Bereich 100
des Zylinders und von dort zum festen Kolben 88 und über die Schraubenfeder 106 zum
beweglichen Kolben 96 und über den äusseren Zylinder 74 hin zu dem Bereich 104 und
von dort zur Ableitung. Eine am inneren Umfang des feststehenden Kolbens 68 aufgebrachte
Isolierschicht 125 verhindert dabei, daß der Strom über das bewegliche Kontaktstück
12, den Kolben 68 und das Stützrohr 70 zur Ableitung fließt.
[0044] Dadurch, daß der Strom nunmehr durch die Schraubenfeder hindurchfließt, ziehen sich
die nebeneinanderliegenden Windungen aufgrund ihres durch den Strom aufgebauten Magnetfeldes
an, so daß der bewegliche Kolben 96 entgegen der Pfeilrichtung A in Pfeilrichtung
A 2 bewegt wird, wird, wodurch der Raum zwischem dem feststehenden Kolben 88 und dem
beweglichen Kolben 96 verkleinert wird. Bei der Ausschalthandlung verkleinert sich
auch der zwischen dem Schaltstück 12 und dem Zylinder 14 befindliche Raum 28, so daß
eine Gasströmung erzeugt wird, die gem. Pfeilrichtung F hin zu dem Ringspalt 86 strömt,
wo sie sich wieder aufteilt in die Gasströmungen F1 und F
2. Dieser Gasströmung F überlagert sich die Gasströmung F , die aus dem Raum zwischen
dem Zylinder 14 und dem äusseren Zylinder 74 herkommt. Durch diese Gasströmung F
Z wird der gesamte, den Lichtbogen beblasende Gasstrom verstärkt oder - je nach Bemessung
der Blasdüsen und des Ringspaltes - auch verlängert.
[0045] In dem Durchlaß 90 ist, wie oben erwähnt, ein Rückschlagventil 92 eingesetzt, welches
eine Gasströmung lediglich aus dem Raum zwischen dem Zylinder 14 und dem äußeren Zylinder
74 hin zur Blasdüse gestattet. Dieses Ventil öffnet zwangsläufig immer dann, wenn
der Druck im Raum zwischen dem Zylinder 14 und dem äußeren Zylinder 74 größer ist
als der in dem Raum 28. Eine umgekehrte Strömung, die vielleicht zur Verschmutzung
oder zur Unwirksamkeit der zusätzlichen Zylinderanordnung führen könnte, ist nicht
möglich.
[0046] Es ist zweckmäßig, ein entsprechendes Rückschlagventil 110 auch in dem beweglichen
Kolben 96 anzuordnen; dieses Rückschlagventil würde dann, wenn der bewegliche Kolben
96 entgegen der Pfeilrichtung B wieder in seine Ruhestellung gelangt, öffnen, so daß
der Raum zwischen den beiden Kolben 88 und 96 wieder mit Gas gefüllt werden kann.
Dieses Rückschlagventil läßt eine Gasströmung nur in den Raum zwischen den beiden
Kolben 88 und 96 zu. Damit nicht in dem Raum zwischen,dem Flansch 76 und dem beweglichen
Kolben 96 ein Unterdruck entsteht, der die Kraftwirkung der Feder aufheben könnte,
ist in dem Flansch 76 eine Öffnung 112 vorgesehen.
[0047] Eine ähnliche Ausgestaltung ist auch bei der Anordnung gem. der Figur 1 zweckmäßig,
dort kann ein Rückschlagventil entweder in den feststehenden Kolben 34 oder in den
beweglichen Kolben 36 eingesetzt werden, so daß lediglich ein Eintreten des Gases
in den Raum zwischen den Zylinder 14 und dem äußeren Zylinder 32 ermöglicht wird.
[0048] In Figur 4 ist die zweite Variante des Blaskolbenschalters gem. Fig. 3 in ausgeschalteter
Stellung im stromloseen Zutand nach erfolgter Lichtbogenlöschung dargestellt. Der
bewegliche Kolben 96 ist aufgrund der mechanischen Federkraft der zuvor durch die
magnetische Kraftwirkung des Stromes gespannten Feder 106 in Bewegungsrichtung C in
seine Ausgangslage zurückgekehrt.
[0049] Sinnvoll ist es, die Länge des Bereichs 102 so zu bemessen, daß während der Schalthandlung
ein Stromfluß über den Bereich 100 hin zum Kolben 68 nicht erfolgen kann. Man kann
letzteres auch dadurch verhindert, daß auch die Außenfläche des Kolbens mit einer
Isolierschicht 127 belegt ist.
1. Blaskolbenschalter mit einem feststehenden Kontaktstück und einem beweglichen Schaltstück,
von denen wenigstens das bewegliche Schaltstück rohrförmig ist, mit einer mit dem
beweglichen Schaltstück fest verbundenen Kolben-Zylinderanordnung zur Erzielung einer
Gasitrömung zur Beblasung des Lichtbogens, wenn der Zylinder gegen den feststehenden
Kolben oder umgekehrt gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Kolben-Zylinderanordnung
(30, 72) vorgesehen ist, deren Kompressionsraum mittels einer vom Strom bei einer
Schalthandlung betätigbaren Vorrichtung komprimiert ist, wobei dadurch der Blasströmung
zusätzliches Löschgas zugeführt wird.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Strom betätigbare
Vorrichtung eine Schraubenfeder (38, 106) ist, auf die bei einer Schalthandlung der
Strom wenigstens teilweise kommutiert wird, welche Schraubenfeder an einem Ende fest
eingespannt und am anderen Ende mit dem beweglichen Kolben (zweiter beweglicher Kolben)
(36, 96) der zusätzlichen Kolben-Zylinderanodnung fest verbunden ist.
3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Kolben-Zylinderanordnung
(30, 72) durch den über den feststehenden Kolben der Blaskolbenanordnung (erster feststehender
Kolben) gezogenen Blaszylinder (14) und einem den Blaszylinder umgebenden äusseren
Zylinder (32, 74) gebildet ist, zwischen denen der Kompressionsraum der zusätzlichen
Kolben- Zylinderanordnung liegt.
4. Schalter nacheinem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder
(38, 106) an einem feststehenden Kolben (34) der zusätzlichen Kolben-Zylinderanordnung
(zweiter feststehender Kolben) befestigt ist und daß der zweite feststehende Kolben
(34) mit dem äusseren Zylinder (31) im Inneren des Schalters ortsfest angebracht ist,
wobei der Blaszylinder relativ zu dem äusseren Zylinder (32) zusammen mit dem beweglichen
Schaltstück (12) in Ausschalt- und Einschaltrichtung bewegbar ist.
5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Blaszylinder (14) in
dem Bereich, der bei der Ausschaltbewegung im Inneren des zweiten feststehenden Kolbens
(34) gleitet, mit einer Isolationsschicht bedeckt ist, wobei die Länge der Isolationsschicht
in axialer Richtung so bemessen ist, daß in eingeschaltetem Zustand eine elektrisch
leitende Verbindung zwischen dem Blaszylinder (14) und dem zweiten feststehenden Kolben
(34) gegeben, nach Beginn der Ausschalthandlung, und insbesondere dann, wenn der Blaszylinder,
der im Einschaltzustand den Strom führt, von der Festkontaktanordnung freigekommen
ist, unterbrochen ist.
6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere
Zylinder (74) mit dem Blaszylinder (14) fest verbunden ist.
7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Blaszylinder (14) einen
Bereich (100) in der Nähe der Trennstelle und an dem entgegengesetzten Ende (104)
aus elektrisch leitendem Material aufweist, wobei der Bereich (102), der zwischen
dem zweiten beweglichen und dem zweiten feststehenden Kolben der zusätzlichen Kolbenzylinderanordnung
liegt, aus elektrisch isolierendem Material gebildet ist.
8. Schalter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite feststehende
Kolben (88) im Bereich der Trennstrecke angeordnet und mit dem äußeren Zylinder (74)
unter Zwi- schenfügung einer elektrisch isolierenden Schicht (94) fest ver- bunden ist.
9. Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite bewegliche Kolben
(96) der zusätzlichen Kolben-Zylinderanordnung (72) über eine Kontaktschicht (98)
mit dem äusseren Zylinder gleitend und elektrisch leitend verbunden ist.
10. Schalter nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem
zweiten feststehenden Kolben (34, 88) sowie in dem zweiten beweglichen Kolben (36,
96) je ein Rückschlagventil vorgesehen ist, welches eine Strömung lediglich hin zu
der Trennstelle gestattet..
11. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem
ersten feststehenden Kolben (27, 68) der Blaskolbenanordnung ein Rückschlagventil
(42) angeordnet ist, welches eine Gasshrömung lediglich hin zur Trennstelle gestattet.
12. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste feststehende ringförmige Kolben (27, 68) an wenigstens einer seiner beiden
Mantelflächen mit elektrisch isolierendem Material (122, 123) beschichtet ist.
13. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das bewegliche Schaltstück (12) lediglich teilweise aus elektrisch leitendem Material
besteht, wobei der Bereich zwischen den das bewegliche Schaltstück mit dem Blas- zylinder verbindenden Stegen (22) und dem Ende, welches der Trennstelle entgegengesetzt
liegt, aus elektrisch isolierendem Material besteht.
14. Schalter nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem
zweiten festen und dem zweiten beweglichen Kolben der zusätzlichen Kolben-Zylinderanordnung
(30, 72) schraubenförmige Nuten (66) eingebracht sind, in denen die einzelnen Windungen
der Schraubenfeder (38, 106) zwecks fester Verbindung von Schraubenfedern mit dem
beweglichen und festen Kolben eingesetzt sind.
15. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
einzelne Windungen der Schraubenfeder auf dem zweiten festen und dem zweiten beweglichen
Kolben mittels Klemmstücken (67) befestigt sind.
16. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schraubenfeder (38, 106) kreisförmigen Querschnitt besitzt.
17. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Drahtquerschnitt rechteckförmig ist.
18. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Windungen der Schraubenfeder, die nicht mit dem zweiten feststehenden und dem
zweiten beweglichen Kolben mechanisch und elektrisch verbunden sind, an ihrer Oberfläche
mit einer Isolierschicht (303) versehen sind.
19. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schraubenfeder aus Federstahl besteht.
20. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schraubenfeder aus einem Kern (301) aus Federstahl und einer darauf aufgebrachten
Schicht (302) aus einem Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit besteht.
21. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schraubenfeder mit konstanter Steigung gewickelt ist.
22. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schraubenfeder mit veränderlicher Steigung gewickelt ist.
23. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Windungsquerschnitt der Schraubenfeder konstant ist.
24. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Windungsquerschnitt der Schraubenfeder veränderlich ist.