Elektrischer Druckgasschalter

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Druckgasschalter mit einer Kontaktanordnung, die ein feststehendes Kontakt¬ stück, ein Anschlußstück und ein von einem Antrieb bewegbares Schaltstück enthält, mit einer Kompressionseinrichtung zum Erzeugen einer Lösch- gasströmung mit einem Kompressionskolben und einem Kompres¬ sionszylinder, die beim Ausschaltvorgang von einer Einschalt¬ stellung aus von dem Antrieb relativ zueinander verschiebbar sind, und mit einem abschaltstromerregbaren Stator, dessen Magnetfeld eine antriebsunterstützende Axialbewegung mindestens eines Ankers bewirkt.

Ein derartiger Druckgasschalter ist aus der DE-Al-40 10 006 und der DE-Al-40 10 007 bekannt. Die Kontaktanordnung des be- kannten Druckgasschalters enthält ein von einem Antrieb be¬ wegbares Schaltstück, das im eingeschalteten Zustand (Einschaltstellung) ein festes Kontaktstück mit einem last- stromdurchflossenen Anschlußstück verbindet. Die Kompres¬ sionseinrichtung umfaßt einen Kompressionskolben und einen Kompressionszylinder, die einen Kompressionsraum begrenzen. Beim Ausschaltvorgang werden Kolben und Zylinder relativ zueinander bewegt. In dem Kompressionsraum befindliches Löschgas wird dabei komprimiert und dient zur Beblasung des beim Ablaufen des Schaltstücks von dem Kontaktstück entste- henden Lichtbogens. Als Löschgas wird beispielsweise SFg ver¬ wendet. Um die magnetische Wirkung des Abschalt- oder Kurz¬ schlußstroms zur Antriebsunterstützung auszunutzen, ist die Kontaktanordnung teilweise von einem aus ferromagnetischem Material bestehenden und mindestens einen durchgehenden Schlitz aufweisenden Stator umgeben. Der Kompressionszylinder (DE-Al-40 10 006) oder der Kompressionskolben (DE-Al 40 10 007) weist zumindest einen stabförmigen Anker auf. Erst nach

einer Teilbewegung des Kompressionszylinders während des Ausschaltvorgangs gelangt der Anker in den Einflußbereich des Magnetfeldes des abschaltstromerregten Stators, das den Anker antriebsunterstützend in den Schlitz des Stators hineinzieht. Die erst nach Beginn der Kompressionszylinderbewegung ein¬ setzende antriebsunterstützende Axialbewegung des Ankers steht somit zur Anfangsbeschleunigung des Kompressionszy¬ linders nicht zur Verfügung.

Bei einem weiteren bekannten (DE-C2-31 41 324) Druckgasschal¬ ter fließt der Nennstrom über den Kompressionszylinder. Beim Ausschaltvorgang kommutiert der Abschaltstrom nach einer bestimmten Bewegungsstrecke des Zylinders auf eine Gra¬ dientenspule und bewirkt die Bewegung eines Ringkolbens, der die Lichtbogen-Beblasung unmittelbar unterstützt.

Die US-PS 4,438,308 beschreibt einen Druckgasschalter, bei dem eine Hilfsblaswirkung durch sich infolge des Abschalt¬ stroms kontrahierende Federwindungen erst einsetzt, nachdem der Kompressionszylinder von einem Antrieb erheblich bewegt worden ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Druckgasschalters, bei dem insbesondere zu Beginn der Aus- schaltbewegung des Kompressionszylinders die magnetische Wir¬ kung des Abschaltstroms bereits annähernd vollständig zur Verfügung steht und der bei vergleichsweise geringer erfor¬ derlicher Antriebsleistung eine schnelle Sehaltbewegung er¬ möglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Druckgasschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst, indem ein Energiespei¬ cher in Form einer Kompressionskammer mit einem Kolben-Zylin¬ der-System vorgesehen ist, dessen verschiebbares Element mit dem Anker mechanisch verbunden ist, und indem Anker und

Stator derart angeordnet sind, daß das Magnetfeld bereits in der EinschaltStellung die Ankerbewegung bewirkt. Der bei-

spielsweise bei Kurzschluß erheblich erhöhte (Kurzschluß- )Strom bewirkt noch vor Auslösen des Druckgasschalters und vor Bewegungsbeginn von Schaltstück und Kompressionszylinder eine Ankerbewegung, die zu einer Volumenverringerung der Kompressionskammer führt. Die Kompressionskammer bildet so einen pneumatischen Energiespeicher. Ein wesentlicher Vorteil- der Erfindung besteht darin, daß der Energiespeicher schon vor der Auslösung des Schalters geladen ist, so daß die zum Auslösungszeitpunkt gespeicherte Energie vollständig zur Antriebsunterstützung zur Verfügung steht. Die bei Beginn des Ausschaltvorgangs für die bewegten Schalterteile notwendige Beschleunigungsenergie kann vorteilhafterweise zu einem gro¬ ßen Teil von dem Energiespeicher zur Verfügung gestellt wer¬ den, so daß der Antrieb mit insgesamt vergleichsweise nied- riger Leistung kostengünstig dimensioniert werden kann. Der erfindungsgemäße Schalter kann vergleichsweise schnell schalten.

Eine konstruktiv bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Energiespeicher innerhalb des KompressionsZy¬ linders angeordnet ist.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der Energiespeicher innerhalb des Anschlußstücks angeordnet ist und daß die der Kontaktanordnung abgewandte Seite der

Kompressionskammer von einem Abtriebskolben gebildet ist, der mit dem Antrieb mechanisch verbunden ist. Bei dieser Ausge¬ staltung der Erfindung kann der Anker unmittelbar als An¬ triebskolben der Kompressionskammer dienen. Zur vorteilhaften Anpassung an den erforderlichen Hub- und Kraftbedarf können der Antriebskolben und der Abtriebskolben unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Damit bildet die Kompressionskammer in vorteilhafter Weise zusätzlich einen Hub- und Kraftumsetzer.

Zur Erhöhung der Durchflutung und einer dadurch verbesserten Ausnutzung der magnetischen Wirkung des Abschaltstromes sieht

eine bevorzugte Fortbildung der Erfindung vor, daß der Stator eine Spule ist. Eine diesbezüglich konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Spule aus einem Abschnitt des Anschlußstücks besteht, dessen Wandung von einem schraubenartig gewundenen Radialschlitz durchzogen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zeichnerisch darge¬ stellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert; es zeigen: Figur 1 einen ersten erfindungsgemäßen Druckgasschalter in EinschaltStellung,

Figur 2 den Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1 und Figur 3 einen weiteren Druckgasschalter.

Gemäß Figur 1 hat der Druckgasschalter eine Kontaktanordnung 1 mit einem festen Kontaktstück 2, einem in festem Abstand koaxial gegenüberstehenden laststromdurchflossenen Anschlu߬ stück 3 und einem bewegbaren Schaltstück 5. Das bewegbare Schaltstück 5 ist mit einem Kompressionszylinder 6 fest ver- bunden. Dieser bildet zusammen mit einem feststehenden Kom¬ pressionskolben 7 und einem Füllkörper 8 eine mechanische Kompressionseinrichtung 10 für ein Löschgas 11. Der Kompres¬ sionszylinder 6 ist über eine nur andeutungsweise gezeigte SchaltStange 12 mit einem mechanischen Antrieb 13 verbunden, von dem mit einer Stange 14 und einer Gabel 15 nur Teile ge¬ zeigt sind. Das Anschlußstück 3, auf das sich der Kompressi¬ onszylinder 6 bei einer Ausschaltbewegung in Richtung des Pfeiles A zubewegt, ist an seinem dem Lichtbogenraum 18 ab¬ gewandten Ende 19 von zwei etwa halbmondförmigen ca. 90 mm hohen Jochen 20, 21 (Figur 2) umgeben. Zwischen ihren Polflä¬ chen 20a, 20b und 21a, 21b sind Führungsschächte gebildet, die zwei Anker 23, 24 aufnehmen. Im Zentralbereich 26 der Jo¬ che 20, 21 sind zwei gleichsinnig von dem Nennstrom bzw. Ab¬ schaltstrom durchflossene Leiter 27, 28 angordnet. Diese Anordnung bildet zusammen mit den Jochen 20, 21 einen Stator 29 für die Anker 23, 24.

Die Anker 23, 24 sind über Zugstangen 30, 31 mit einem Ring¬ kolben 32 verbunden. Der Kolben 32 begrenzt eine Kompressi¬ onskammer 34, die außenseitig vom Ko pressionszylinder 6 und innen- und bodenseitig von einem Führungsteil 36 abge- schlössen ist. Das Kolben-Zylinder-System 32, 36, 6 bildet einen pneumatischen Energiespeicher 37. Figur 1 zeigt die Verhältnisse in "Einschaltstellung" 38.

Bei Kurzschluß steigt der Laststrom (Kurzschlußstrom) vor dem Auslösen des Schalters soweit an, daß sich ein so starkes Ma¬ gnetfeld des Stators 29 aufbaut, daß die Anker 23, 24 in des¬ sen Wirkbereich gelangen und zwischen die Polflächen 20a, 21a und 20b, 21b des Stators 29 gezogen werden (In der Ansicht nach Figur 2 sind die Anker in dieser Position gezeigt und ihre Bezugszeichen in Klammern gesetzt) . Der über die Zug¬ stangen 30, 31 starr mit den Ankern 23, 24 verbundene Kolben 32 wird demzufolge unter Komprimierung des in der Kompressi¬ onskammer 34 enthaltenen Löschgases in Richtung des Pfeils A bewegt. Die Bewegung des Kolbens 32 endet vor dem Auslösen des Schalters, d. h. bevor der Kompressionszylinder 6 frei¬ gegeben und von dem Antrieb 12 über die nur angedeutete Schaltstange 16 in Pfeilrichtung A bewegt wird. Zu Beginn der Aussehaltbewegung des Kompressionszylinders 6 steht damit die in der Kompressionskammer 34 gespeicherte pneumatische Energie sofort zur Verfügung. Der Bodenbereich des Führungs¬ teils 36 ist mit dem Kompressionskammerüberdruck beauf¬ schlagt, der während der Anfangsbewegung (Beschleunigung) des Kompressionszylinders 6 und ggf. weiterer Schalterteile stark antriebsunterstützend wirkt, so daß eine schnelle Schaltung bei vergleichsweise geringer Antriebsleistung möglich ist.

Um den Kolben 32 nach dem Ausschaltvorgang beim Wiederein¬ schalten in seine Ausgangsposition zurückzubringen, umgeben Positionierdruckfedern 40a, 40b die Zugstangen 30, 31.

Figur 3 zeigt eine hinsichtlich der Ankeranordnung und des Stators modifizierte Ausführung eines Druckgasschalters in

Einschaltstellung 38. Der Figur 1 entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Ein Anker 50 ist in ei¬ nem mit Isolierstoff 51 ausgekleideten Führungsrohr 52 entge¬ gen der Kraft einer Positionierfeder 53 in Richtung auf einen rückwärtigen Flansch 55 bewegbar. Der Anker 50 begrenzt mit seiner einen Stirnseite 56 eine Kompressionskammer 58, deren Mantel von dem Isolierstoff 51 und einem hinteren Teil 59 des Anschlußstücks 3 umgeben ist. Die andere Stirnseite der Kompressionskamer 58 ist von einem Abtriebskolben 60 be- grenzt, der über ein Rohr 61 mechanisch mit einer Gabel 62 verbunden ist. Ein Abschnitt 64 des Anschlußteils 59 bildet eine die Kompressionskammer 58 umgebende Spule 65, indem die Wandung des Abschnitts 64 von einem schraubenartig gewunde¬ nen, durchgehenden Radialschlitz 66 durchzogen ist. Die Windungen sind gegeneinander elektrisch gut isoliert.

Ein durch die Spule 65 fließender Abschaltstrom erzeugt in dem von der Spule 65 gebildeten Stator 67 ein Magnetfeld, das den Anker 50 in Pfeilrichtung A zum Flansch 55 bewegt. Dabei wird in der Kompressionskammer 58 enthaltenes Löschgas kom¬ primiert. Die Kompressionskammer 58 wirkt als Energiespeicher und gibt die gespeicherte Energie über den Abtriebskolben 60 an die Gabel 62 weiter. Durch entsprechende Freigabe des Antriebs kann der Zeitpunkt der Energieabgabe bestimmt und auf die von dem (nicht gezeigten) Antrieb über die Gabel 62 und die Zugstangen 68 bewirkte Bewegung des Kompressions- Zylinders 6 abgestimmt werden. Eine Öffnung 69 dient zum Löschgasaustritt während der Bewegung des Kompressionszy¬ linders 6.

Die vorstehend genannte Ausgestaltung eines Druckgasschalters erlaubt neben einem steuerbaren Einsatz der aus dem Ab¬ schaltstrom gewonnenen und gespeicherten Energie eine beson¬ ders kompakte Anordnung der Kompressionskammer, die sich für die Verwendung einer Spule als Stator besonders eignet. Durch die Gestaltung der druckbeaufschlagten Oberfläche 56 des An¬ kers 50 und der Fläche 70 des Abtriebskolbens 60 ist eine

optimale Anpassung der Antriebsunterstützung an den Hub- und Kraftbedarf möglich. Ferner kann vorgesehen sein, den Anker 50 derart zu verklinken, daß die Klinke erst in der Eins¬ chaltstellung des Schalters wieder lösbar ist. Das Lösen kann über eine FührungsStange 71 der Positionierfeder 53 erfolgen. Dadurch kann verhindert werden, daß die Kompressionskammer 58 bei Einschaltung auf einen Kurzschluß entgegen der Einschalt- bewegung wirkt.