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Elektrischer Schalter mit Lichtbogenlöscheinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter mit lichtbogenlöscheinrichtung und einer Hauptkontaktstelle, sowie einer zu dieser parallel liegenden Nebenkontaktstelle, die bei der Ausschaltbewe-
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von quer zum Lichtbogen liegenden Metallplatten hineingetrieben und in mehrere Teillichtbögen, entsprechend der Anzahl dieser Platten, zerlegt. Die Teillichtbögen werden mittels eines Blasfeldes in eine kreisförmige Bewegung versetzt. Dadurch werden die Teillichtbögen mit ihrem Kathodenspannungsabfall gekühlt und zum Erlöschen gebracht. Eine Verlängerung dieser Teillichtbögen erfolgt während der Bewegung nicht. Diese Vorrichtung eignet sich nur für niedrige Spannungen.
Bei hohen Spannungen müsste eine unverhältnismässig grosse Anzahl von Metallplatten zur Anwendung kommen, die eine Löschkammer von aussergewöhnlicher Grösse und Gewicht ergäbe, die sehr unwirtschaftlich wäre.
Ferner ist eine Vorrichtung zum Löschen des Lichtbogens bekanntgeworden, bei der zwischen zwei Metallscheiben eine Isolierstoffscheibe angeordnet ist. Letztere ist mit einer Öffnung versehen, durch welche der Kontaktbolzen hindurchgeht. Diese Öffnung läuft in Umfangsrichtung in einen Spalt aus, der allmählich enger wird. Ebenso ist auch eine der Metallscheiben mit einer Öffnung für den Durchgang des Kontaktbolzens versehen. Die Fusspunkte des nun zwischen den beiden Metallplatten gezogenen Lichtbogens, der durch die Öffnung in der Isolierplatte hindurchgeht, bewegen sich in Umfangsrichtung. Der Lichtbogen wird durch den Spalt in der Isolierstoffplatte zwangsläufig eingeschnürt und verlängert.
Die Erfindung hat nun eine Lichtbogenlöscheinrichtung zum Gegenstand, die gegenüber den bekannten Anordnungen einer weit höheren Abschaltleistung gerecht wird. Bei der erfindungsgemässen Einrichtung wird ebenfalls der Abschaltlichtbogen in Teillichtbögen zerlegt, die auf einer kreisförmigen Bahn mittels eines Blasfeldes bewegt werden. Den einzelnen Teillichtbögen wird jedoch im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen während der kreisenden Bewegung eine Veränderung in ihrer Länge aufgezwungen unter gleichzeitiger Ausnutzung einer bestmöglichen Kühlung, denn die Teillichtbögen streichen an einer verhältnismässig grossen Oberfläche während der Rotation vorbei. Gleichzeitig kann die Löschwirkung eines engen Spaltes in einfacher Weise zusätzlich ausgenutzt werden.
Ein solcher Schalter zeichnet sich besonders durch die verhältnismässig kleine Löschkammer aus, selbst wenn sie für eine sehr hohe Spannung ausgelegt ist. Ausserdem ist die Anordnung in ihrem Aufbau nicht kompliziert, so dass sich ihre Herstellungskosten in mässigen Grenzen halten. Dieser Faktor ist sehr wesentlich, dean eine solche Lichtbogenlöscheinrichtung soll nicht oder nicht wesentlich teurer sein, als die zur Zeit gebräuchlichen Löscheinrichtungen der ölarmen Schalter.
Erfindungsgemäss laufen die Fusspunkte jedes Teillichtbogens an den Mantelflächen zweier ringför- miger Teile um, zwischen denen exzentrisch eine isolierende Trennwand von etwa Nierenform angeordnet ist, durch die jeder Teillichtbogen während der Umlaufbewegung infolge seiner durch die Isolierende Trennwand gegebenen unterschiedlichen Bogenhöhe in der Länge verändert wird. Die Isoliertrennwand bildet hiebei an der den Kontakten zugewandten Seite von einem ringförmigen Teil zum andern einen Bogen mit geringer Höhe, wobei die Höhe des Bogens in Umfangsrichtung nach beiden Seiten hin zunimmt. Die Isoliertrennwand füllt zweckmässig den Raum zwischen den ringförmigen Teilen nahezu
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vollständig aus. An Stelle der ringförmigen Teile können auch scheibenförmige Teile zur Anwendung kommen.
Neben einer Verlängerung des bewegten Lichtbogens werden durch eine innige Berührung mit der Isoliertrennwand dem Lichtbogen grössere Wärmemengen entzogen. In vorteilhafter Weise bestehen die ringförmigen Teile in ihrer Aufeinanderfolge abwechselnd aus einem massiven Ring und einer Spule, wobei letztere mit einem Eisenkern als Blasmagnet wirkt. Jede von diesen Spulen wird vom Lichtbogenstrom durchflossen, so dass ein Blasfeld erzeugt wird, das den Lichtbogen in Rotation versetzt. An Stelle von Spulen mit Eisenkern können auch Dauermagnete zur Anwendung kommen. In diesem Falle werden dann die Spulen durch massive Ringe ersetzt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Schalter mit der erfindungsgemässen Lichtbogenlöscheinrichtung teilweise im Schnitt, Fig. 2 die Lichtbogenlöschkammer im Schnitt nach der Linie JL-II in Fig. l, Fig. 3 einen Teil der Lichtbogenlöschkammer in grösserem Massstab und Fig. 4 die Blasspule in schaubildlicher Darstellung.
Der Antrieb des Schalters erfolgt durch die Schaltstange 1, die den Kontaktträger 2 beim Ausschalten zuerst über das Scherengelenk 14 um seine Lagerstelle 3 und dann mittels des Anschlages 16 im Gegenuhrzeigersinn bewegt. Das Scherengelenk 14 ist über Glieder 41 mit dem Kontaktträger 2 verbunden.
Die Schaltstange 1 greift am Gelenkbolzen 42 des Scherengelenkes 14 an, der in einem Schlitz 43 im Kontaktträger 2 geführt ist. Während die Kontaktstellen 4, 5 und P, 7 geöffnet weiden, wird der Unterbrechungskontakt 9, der an dem Punkt 17 des Gliedes 18 aufgehängt ist, mit seinen Hörnerkontakten 10 und 11 gegen die festen Kontakte 12 und 13, die ebenfalls hörnerartig ausgebildet sind, gepresst. Das Glied 18 ist an dem Gelenkpunkt 19 des Scherengelenkes 14 befestigt. Das Anpressen des Unterbrechungskontaktes 9 an die Gegenkontakte 12 und 13 während des Öffnens der Kontaktstellen 4, 5 und 6, 7 erfolgt durch das Scherengelenk 14, das bis zu dem Anschlag 16 gestreckt wird.
In dem Augenblick des Erreichens des Anschlages 16 wird nun auch durch die Weiterbewegung der Schaltstange 1 der Unterbrechungskontakt mit grosser Geschwindigkeit von den festen Kontakten 12 und 13 wegbewegt. Der entstehende Lichtbogen 19a wandert an den hörnerartigen Verlängerungen der Kontakte 12 und 13 nach aussen, was durch bekannte Mittel begünstigt werden kann, denn es ist zweckmässig, dass die Bewegung der Fusspunkte des Lichtbogens nach aussen mit grosser Geschwindigkeit elfolgt.
Der gezogene Lichtbogen 19a (Fig. 3), der entlang der hörnerartigen Kontakte 12,13 nach aussen wandert und nach oben in die Blaskammer 16a gedrückt wird, zerlegt sich infolge der Ringe 20 und Spulen 21, die zweckmässig aus Kupfer bestehen, in Teillichtbögen 22. Diepe weisen die in Fig. 3 dargestellte Bogenform auf. Das Wandern des Lichtbogens nach oben kann durch Blasbleche 15 unterstützt werden.
In der Blaskammer 16a befinden sich abwechssind angeordnet massive Ringe 20 sowie Spulen 21, die im Ausführungsbeispiel aus drei Windungen bestehen. Zwischen diesen Ringen 20 und jeweils der äusseren Windung der Spulen 21 entstehen die Teillichtbögen. Diese Teillichtbogen sind in Fig. 3 mit 22 bezeichnet. Zwischen den Ringen 20 und den Spulen 21 ist eine Isoliertrennwand 23 angebracht, die an jeder Stelle ihres Umfanges über den Umfang bzw. die Mantelfläche der Ringe 20 und der Spulen 21 hinausragt. An den Stellen, an denen der Unterbrechungslichtbogen auf die Ringe 20 bzw. die Spulen 21 auftrifft und in Teillichtbögen zerlegt wird, ragt die Isolierscheibe 23 weniger über die Mantelfläche der Teile 20 bzw. 21 hinaus, als an den andern Stellen des Umfanges.
Die Teillichtbögen werden in ihrem Entstehen durch dieses Hervorstehen der Isoliertrennwand 23 in eine Bogenform gebracht, so dass die Fusspunkte jedes Teillichtbogens sich an den Mantelflächen der Ringe 20 bzw. der Spulen 21 befinden.
Diese Bogenform der Teillichtbögen in ihrem Entstehen hat noch einen Zweck, der weiter unten beschieben wird.
Innerhalb der Spulen 21 ist je ein Magnetkern 26 vorgesehen, dessen Erregung durch den durch jede Spule 21 fliessenden Uchtbogenstrom erfolgt. An jedem Pol der Magnete 26 sind Metallplatten 24, 25 angebracht, die sich etwa der Form der Isolierwand 23 anpassen und je von einer solchen eingehüllt sind.
Diese Platten 24 und 25 haben den Zweck, die Kraftlinien an den vorgesehenen Stellen zu konzentrieren.
Die Spulen 21 sind abwechselnd im entgegengesetzten Sinne gewickelt. In Fig. 4 ist eine solche Spule dargestellt. Am Ende der ersten Windung 27 ist eine Nase 28 angebracht, die etwa in der Ebene des Windungsanfanges liegt und in Umfangsrichtung etwas über den Anfang der Windung hinwegreicht. Vor der Nase 28 erfolgt eine rechtwinklige Abbiegung der Windung als Übergang 30 zu der mittleren Windung 31.
Diese Windung 31 liegt, wie auch die beiden äusseren, in einer Ebene, also hat keine Schraubenform und steht mit einer rechtwinkligen Abbiegung 32 mit der äusseren Windung 33 in Verbindung. Diese Windung 33 besitzt wiederum-wie die Windung 27 - eine Nase 34, die über das Ende der Windung 33 hin-
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wegreicht.
Die Isoliertrennwände 23 wie auch die zwischen ihnen gelagerten Ringe 20 und Spulen 21, sind von Isolierabdeckungen 35 umschlossen, u. zw. in der Weise, dass zwischen den Isoliertrennwänden 23 und den Abdeckungen 35 ein. Spalt 36 gebildet wird. Dieser Spalt 36 steht an der Stelle, an der er am weitesten von den Ringen 20 entfernt ist, durch Bohrungen 37 mit der Aussenluft in Verbindung. Ferner sind an den Abdeckungen 35 kreisbogenförmige Eisenbleche 38 untergebracht, jedoch nur über den Ringen 20, d. h. zwischen den Polen zweier benachbarter Magnete 26. Die Abdeckungen 35 werden zweckmässig mittels Schrauben 40 zusammengehalten, wodurch gleichzeitig eine Halterung sämtlicher in der Blaskammer vorgesehener Teile, wie Ringe 20, Spulen 21, Trennwände 23 und Magnete 26 erfolgt.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende. In dem Augenblick des Auftreffens des Lichtbogens auf die Teile 20 und 21 fliesst ein Uchtbogenstrom sowohl durch die Ringe 20, als auch durch die Spule 21, jedoch nur, wie In Fig. 4 ersichtlich, in der mittleren Windung 31. Dass nur die mittlere Windung 31 durchflossen wird, ergibt sich daraus, dass die Fusspunkte der Teillichtbögen in ihrem Entstehen sich an den Nasen 28 bzw. 34der Spule 21 befinden. Da die Nasen 28 bzw. 34 jeweils am Ende der Aussenwindung angebracht sind, scheiden die Aussenwindungen 27 bzw. 33 zunächst für die Erzeugung des Blasfeldes aus.
Die in dem Bereich zwischen den Platten 24 bzw. 25 im wesentlichen parallel verlaufenden Kraftlinien schneiden die jeweils zwischen einem Ring 20 und der äusseren Windung einer Spule 21 stehenden Teillichtbögen 22, wodurch diese in kreisförmige Bewegung versetzt werden. Aus diesem Grunde ist es wesentlich, dass die Teillichtbögen in ihrem Entstehen nicht geradlinig zwischen den Ringen 20 und den Spulen 21 stehen, so dass sie also parallel zu den Kraftlinien liegen würden, wodurch eine Bewegung nicht zustande käme. Entsprechend der Form der Isoliertrennwand 23, wie sie insbesondere in Fig. 2 ersichtlich ist, wird jeder Teillichtbogen zwangsläufig verlängert, indem seine Bogenhöhe vergrössert wird.
Je weiter jeder Teillichtbogen 22 von seiner Entstehungsstelle entfernt ist, um so grösser ist die Länge, mit der er die Kraftlinien des Blasfeldes schneidet. Daher erfolgt mit zunehmender Längung eine intensivere Beblasung bzw. Bewegung jedes Lichtbogens.
Die Lichtbögen sind bei der raschen kreisenden Bewegung dauernd in Berührung mit der Oberfläche der Isoliertrennwände 23, so dass ein gewisser Wärmeentzug stattfindet. Wesentlich jedoch für die Löschung ist seine grosse Verlängerung, die er durch die kreisförmige Bewegung der Fusspunkte und die Form der Trennwände 23 erhält. Auch hat der von den Abdeckungen 35 gebildete enge Spalt 36 einen Einfluss auf die Löschung des Lichtbogens. Um zu erreichen, dass die Kraftlinien über die gesamte Löschkammer nicht in gleicher Richtung verlaufen, sind die Spulen 21 abwechselnd im entgegengesetzten Sinne gewik- kelt, so dass zwei benachbarte Felder entgegengesetzte Richtung aufweisen.
Die Teillichtbögen laufen nicht alle in gleicher Richtung um, sondern bewegen sich entsprechend der Windungen 2 7 und a3 der Spulen 21 im entgegengesetzten Sinne. Wie in Fig. 4 durch Pfeile angedeutet, läuft der Fusspunkt des Lichtbogens von der Nase 28 an im Uhrzeigersinne, während der Fusspunkt des Lichtbogens an der Windung 33 von der Nase 34 an im Gegenuhrzeigersinne wandert.
Um zu vermeiden, dass beim Überspringen des Fusspunktes des Lichtbogens vom Ende der ersten Windung wieder auf den Anfang der ersten Windung eine Stelle entsteht, an der ein Abbrand erfolgt, wird die Anordnung so getroffen. dass die Nase 28 bzw. 34 am Ende der äusseren Windungen 27 bzw. 33 angebracht ist und in Umfangsrichtung über den Anfang bzw. das Ende der Windungen 27 bzw. 33 hinwegreicht. Der umlaufende Lichtbogen läuft daher auf die Nase 28 bzw. 34 auf, ohne einen Abbrand an der Windung zu erzeugen.
Wenn anfangs nur die mittlere Windung 31 zur Erzeugung des Blasfeldes eingeschaltet ist, so werden nach der Weiterbewegung der Teillichtbögen nach und nach alle drei Windungen vom Strom durchflossen und für das Kraftfeld nutzbar gemacht, so lange, bis die Lichtbögen wieder auf die Nasen 28 bzw. 34 auflaufen und somit wieder jeweils die erste Windung ausschalten. Im allgemeinen werden die Lichtbögen nicht gleichmässig umlaufen, sondern sie werden unter sich unregelmässig kreisen, was einen Vorteil in der Löschwirkung darstellt.
Um auch die Strecken der Lichtbögen vom Blasfeld zu beeinflussen, die ausserhalb des Feldes zwischen den Metallplatten 24 und 25 liegen, d. h. diejenigen Teile der Lichtbögen, deren Fusspunkte an den Ringen 20 umlaufen, hat man Bleche 38 vorgesehen, die bewirken, dass ein Teil der Kraftlinien abgelenkt wird und die Lichtbögen an diesen Stellen schneiden.
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