CH620789A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen 25 Hochspannungsschalter, bei dem ein Lichtbogenplasma entsteht, wenn die Kontaktstellen sich trennen und die ein unter Spannung stehendes ortsfestes Element, ein unter Spannung stehendes bewegliches Element, das in einer ersten Stellung elektrischen Kontakt zum ortsfesten Element herstellen kann, 30 und eine Antriebseinrichtung aufweist, um die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen in der ersten Stellung zu unterbrechen.

Es ist seit langem anerkannt, dass sich in Hochspannungskreisen zwischen den Trennpunkten während eines Schaltvor- 35 gangs ein Lichtbogenplasma bildet. Das Lichtbogenplasma entsteht infolge des Stromes, der infolge des hohen Potentials auch über den Spalt zwischen zwei Kontakten weiterfliesst. Solange der Widerstand zwischen den beiden Kontakten unter dem Leitwert bleibt, der erforderlich ist, um das Lichtbogen- ao plasma aufrechtzuerhalten, fliesst ein Strom weiter von Kontakt zu Kontakt, obgleich sie körperlich voneinander getrennt sind.

Die ersten Versuche, hochgespannte Ströme zu unterbrechen, waren darauf gerichtet, die Wirkung des Lichtbogenpias- 45 mas geringzuhalten, indem die dielektrische Festigkeit des Mediums zwischen den Kontakten verbessert wurde. Auf diese Weise entstand der Flüssigschalter, in dem die Kontakte von einer Flüssigkeit, wie öl, umgeben waren, die das Lichtbogenplasma kühlen sollte, um den entstehenden Lichtbogen abzu- 50 schwächen. Weiterhin trug das Eintauchen der Kontakte in öl dazu bei, das Problem der anomalen Lichtbogenbildung unter Kontrolle zu halten, die oft auftreten kann zwischen Punkten, die während des Schaltvorgangs gleichermassen unter elektrischer Spannung stehen. 55

Weiterhin hat man versucht, das Problem zu lösen, indem man das entstehende Lichtbogenplasma löschte, nicht nur kontrollierte. Bei diesen Anordnungen wurde versucht, den Strom-fluss durch Einspritzen eines Flüssigkeitsstrahls in das Lichtbogenplasma beim Trennen der stromführenden Kontakte zu w> unterbinden, um den Lichtbogen zu löschen. Die Wirksamkeit dieser Vorrichtungen unter hohen Spannungen war jedoch bestenfalls zweifelhaft.

Seit der Entwicklung des Ölschalters hat sich technologisch wenig geändert, was in der Lage wäre, die erheblich höheren m Spannungen aufzunehmen, die man in den modernen Starkstromsystemen verwendet. Im wesentlichen hat man die Forderung nach höherer Spannungsfestigkeit erfüllt, indem man die

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Schalter körperlich grösser machte. Weiterhin hat man die Bewegungsstrecke des einen Kontakts relativ zum anderen verlängert, um die dielektrische Festigkeit zwischen den beiden Kontakten zu erhöhen. Da immer angenommen wurde, dass das Lichtbogenplasma den kürzestmöglichen unter Spannung stehenden Weg nimmt, erfolgte die Kontaktbewegung immer auf einem im wesentlichen gradlinigen Weg. Die Gesamtabmessungen des Schalters wurden also vergrössert, um einen grösseren Abstand zwischen den beiden Schalterruhestellungen zu ermöglichen.

Die vorliegende Erfindung geht von dieser Fehlannahme des Standes der Technik grundsätzlich ab. Obgleich es zutrifft, dass das Lichtbogenplasma den Weg des geringsten Widerstandes sucht und ihm folgt, ergibt sich hieraus nicht unbedingt, dass der Weg des geringsten Widerstandes auch der kürzeste Weg zwischen den beiden unter Spannung stehenden Kontakten ist. Vielmehr erzeugt die extreme Wärmeentwicklung des Lichtbogenplasmas eine Gasblase, die eine säulenartige Form um das Lichtbogenplasma herum annimmt, während der Lichtbogen sich erstreckt. Zusätzlich ist die dielektrische Festigkeit innerhalb der Gassäule erheblich niedriger als die dielektrische Festigkeit des umgebenden flüssigen Isoliermediums. Solange die Gassäule sich also unter Kontrolle halten lässt, gilt dies auch für den Weg des Lichtbogenplasmas.

Es ist also Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Schalten hochgespannter elektrischer Ströme unter Kontrolle des erzeugten Lichtbogenplasmas derart anzugeben, dass dieses im wesentlichen einem verlängerten vorbestimmten Weg innerhalb eines im Vergleich zu Anordnungen vergleichbarer Spannungsfestigkeit erheblich reduzierten Volumens folgt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung liefert einen elektrischen hochspannungsfesten Schalter, der billig herzustellen und einfach zusammenzubauen ist, ohne Spezialwerkzeuge oder -teile zu erfordern.

Des weiteren schafft die vorliegende Erfindung einen hochspannungsfesten elektrischen Schalter, der die Zuverlässigkeit des Schaltvorgangs verbessert und dennoch einfach zu betätigen ist.

Obgleich weiterhin unten als bevorzugte Ausführungsform eine einpolige Anordnung offenbart ist, lässt die Konstruktion sich sehr einfach auch auf mehrpolige Anordnungen ausdehnen.

Eine bevorzugte Ausführungsform weist einen Drehschalter auf, dessen Kontaktelemente sich in einem strömungsfähigen Isoliermedium befinden. Der Schalter ist vorzugsweise so ausgeführt, dass der bewegliche Kontakt bei einer Drehung des Bediengriffs um etwa eine Vierteldrehung seinerseits etwa eine Dreivierteldrehung ausführt. Vorzugsweise ist die Gesamtdrehweite des Bediengriffs begrenzt, um die Schalterbedienung zu vereinfachen. Da insbesondere Hochspannungsschalter dieser Art häufig mit einer Schaltstange betätigt werden, wird es zunehmend schwieriger, den Bediengriff über viel mehr als 90° zu drehen.

Weiterhin ist die bevorzugte Ausführungsform des Schalters so konstruiert, dass die gesamte Schaltfunktion bei einer einfachen Drehung des Bediengriffs erfolgt. Die Drehenergie aus dem Bediengriff wird in einer Antriebsfeder gespeichert, die die gespeicherte Drehenergie beim Auslösen durch einen Nocken sehr schnell freigibt. Der Nocken kann mit dem Bediengriff drehen, um anfänglich Drehenergie in der Feder zu speichern und die Drehenergie während der letzten wenigen Winkelgrade der Drehung freizusetzen. Die Drehenergie aus der Feder geht auf den Eingang einer mechanischen Übersetzung, die am Ausgang etwa die dreifache Drehweite liefert, die am Eingang anliegt. Die Übersetzung ist unmittelbar mit dem

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beweglichen Kontaktelement des Schalters gekoppelt. Es lässt Fig. 7c ist eine andere Ansicht des in Fig. 7b gezeigten sich also ersehen, dass bei einer Eingangsdrehung von 85° der beweglichen Kontaktelements;

Schalter den beweglichen Kontakt um etwa 255° dreht. Fig. 8 ist eine Ansicht des Schalters der bevorzugten AusWenn der bewegliche Kontakt sein Bewegungsende führungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt die relati-erreicht, wird automatisch eine entgegengesetzt gespannte 5 ven Bewegungen des Bediengriffs und des beweglichen Kon-Antriebsfeder verriegelt. Um den Schalter in die ursprüngliche takts;

geschlossene Stellung zurückzuführen, wird der Bediengriff Fig. 9 ist eine weggeschnittene Ansicht, die den zusammeneinfach in die entgegengesetzte Richtung gedreht, so dass die gesetzten Schalter nach der bevorzugten Ausführungsform der in der entgegengesetzt gespannten Feder gespeicherte Dreh- vorliegenden Erfindung zeigt;

energie von dem Nocken ausgelöst wird, wie oben beschrieben, to Fig. 10 ist eine Ansicht des Schalters nach der bevorzugten

Der Schalter weist Mittel auf, um den beweglichen Kontakt Ausführungsform mit dem beweglichen Kontakt in der schnell in die Ausgangslage zurückzuführen und so eine Licht- Schliessstellung;

bogenbildung zwischen den Kontakten bei schliessendem Fig. 1 la ist eine weitere Ansicht des Nockenelements der

Schalter gering zu halten. Wie unten ausführlich erläutert wird, Fig. 1 auf der Linie 11 -11 ;

schafft die vorliegende Erfindung einen Hochspannungsschal- 15 Fig. 11 b ist eine Ansicht des Nockenelements der Fig. 11 a,

ter, der die Speicher-, Auslöse-, Antriebs- und Sperrfunktion in aber um etwa 80° gedreht;

einer einzigen Bewegung des Bediengriffs ausführt. Fig. 11 c ist eine Ansicht des Nockenelements und vorderen

Zusätzlich ist der Schalter nach der vorliegenden Erfindung Anschlags der Fig. 1 lb auf der Linie (c-c); und haft- bzw. schweissverhindernd ausgeführt, um eine Kontaktbe- Fig. 12a bis 12f sind eine Folge von Darstellungen, die die wegung einzuleiten, wenn die Spannfeder nicht in der Lage ist, 20 Funktionsweise des Schalters nach der bevorzugten Ausfüh-

den Kontakt zu bewegen, wenn der Nocken ihn freisetzt. Wenn rungsform illustrieren.

insbesondere die Spannfeder die gespeicherte Drehenergie Die Fig. 1 zeigt in einer Explosionsansicht einen Hochspan-

nicht sofort freisetzt, wenn sie ausgelöst wird, überträgt der nungsschalter nach der vorliegenden Erfindung. Obgleich die

Nocken die nächsten wenigen Grade der Drehbewegung des hier gezeigte bevorzugte Ausführungsform einen Schalter mit

B'ediengriffs unmittelbar auf den Eingang der Übersetzung. Auf 25 einer kreisrunden Kontaktbewegungsbahn zeigt, ist einzuse-

diese Weise ergibt sich eine Kontaktbewegung vom etwa Drei- hen, dass das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf fachen der Griffbewegung, was ausreicht, um eine normale eine kreisförmige Bewegungsbahn des Kontakts oder auch nur

Schalterfunktion einzuleiten. auf eine einzige Schaltbewegung begrenzt ist. Wie sich im fol-

Der Schalter wird vorzugsweise mit einem neuartigen genden ergeben wird, umfasst das Konzept, einen verlängerten Schaltelement mit einer neuartigen Kontaktkonstruktion mit 30 Lichtbogenplasmaweg in einer erheblich reduzierten Schalteiner Vielzahl von Kontaktwegen und einem Bogenhorn verse- funktion in einem strömungsfähigen Medium anzuordnen, hen, das die Kontrolle des Lichtbogenplasmas erleichtert sowie andere Arten einer krummlinigen Kontaktbewegung wie beiein Abschmelzelement darstellt für den Fall einer Schalterbetä- spielsweise auf einer Spiral- oder komplexen Kurve. Weiterhin tigung beim Vorliegen eines Fehlerschlusses. lassen sich auch Lichtbogenwege verwenden, die Kombinatio-

Aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ergibt sich 35 nen gradliniger und nichtgradliniger Bewegungen darstellen schliesslich, dass die bevorzugte Ausführungsform des Hoch- und die hier offenbarten Vorteile bieten. Weiterhin ist die vor-

spannungsschalters nach der vorliegenden Erfindung sich auch liegende Erfindung auch nicht auf die Bewegung eines einzigen ohne Spezialwerkzeuge leicht zusammenbauen lässt und Mittel Kontakts eingeschränkt. Beispielsweise lässt ein krummliniger aufweist, die verhindern, dass der Schalter während eines - wie beispielsweise spiralförmiger oder komplexer - Weg sich

Schaltvorgangs versehentlich auseinanderfällt. 40 leicht mit einer Mehrfachkontaktbewegung darstellen. Weiter-

Im folgenden ist anhand der beiliegenden Zeichnungen ein hin ist die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin-

Ausführungsbeispiel beschrieben. dung auch leicht in einer mehrpoligen Anordnung ausführbar,

Fig. 1 ist eine Explosionsansicht eines elektrischen Hoch- wie sie als primärseitiger Schalter in einem Verteilertransfor-

spannungsschalters nach der vorliegenden Erfindung; mator verwendbar ist

Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung des in Fig. 1 gezeigten 45 Die bevorzugte Ausführungsform eines lpoligen Hoch-

Gehäuseelements; spannungsdrehschalters 10 nach der vorliegenden Erfindung

Fig. 2a ist eine Schnittansicht des hinteren Anschlags des in weist ein Hauptgehäuseelement 12 auf, das typischerweise an

Fig. 2 gezeigten Gehäuses auf der Linie (a-a); eine Tankwand 14 montiert wird, indem man den Hals 16 des

Fig. 2b ist eine Schnittansicht des vorderen Anschlags des Gehäuses 12 durch eine in der Tankwand 14 befindliche öff-

Gehäuses in Fig. 2 auf der Linie (b-b); 50 nung führt. Das Schaltergehäuse 12 wird an der Wand 14 mit

Fig. 2c ist eine ausführliche Darstellung des Restteils des einem Haltering 18 befestigt, der auf den Hals 16 des Gehäuses

Gehäuses der Fig. 2; 12 aufgeschraubt wird. Ein Paar Dichtringe 20,22 sitzt vorzugs-

Fig. 3a ist eine andere Ansicht des Nockenelements der weise auf dem Hals 16 des Gehäuses beiderseits der Tankwand

Fig. 1 auf der Linie 3-3; 14, um das Schaltergehäuse 12 mit der Wand 14 starr und leck-

Fig. 3b ist eine Ansicht des Nockenelements der Fig. 3a um 55 sicher zu verbinden.

etwa 80° verdreht; Aus Gründen, die im folgenden klar werden, wird das

Fig. 3c ist eine Schnittansicht des Nockenelements und des Gehäuse 12 vorzugsweise in der in den Fig. 8,10 und 12a-f hinteren Anschlags der Fig. 3b auf der Linie (c-c); gezeigten Lage an der Tankwand 14 befestigt, so dass der

Fig. 4 ist eine weitere Ansicht des Antriebszahnrads der Drehweg des beweglichen Kontaktes 86 symmetrisch um die

Fig. 1 auf der Linie 4-4; bo 12-Uhr-Stellung herumverläuft. Auf diese Weise erfolgt ein

Fig. 5 ist eine weitere Ansicht der Lagerplatte der Fig. 1 auf während des Schaltvorgangs auftretendes Ansteigen der Gas-

der Linie 5-5 ; säule, die das Lichtbogenplasma umgibt, in einiger Entfernung

Fig. 6 ist eine andere Ansicht der Antriebsfedern der Fig. 1 vom Eingangsleiter in der Schaltermitte. Es ist jedoch einzuse-

auf der Linie 6-6; hen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezielle

Fig. 7a ist eine ausführliche Darstellung des in Fig. 1 gezeig- m Anordnung beschränkt ist.

ten beweglichen Kontaktelements; Wie nun in der Schnittdarstellung des Gehäuses 12 in Fig. 2

Fig. 7b ist eine andere Ansicht des in Fig. 7a gezeigten ersichtlich, sind zwei radial gegenüberliegende Anschläge 31,

beweglichen Kontaktelements; 33 von den Wandungen des Gehäuses 12 vorstehend angeord-

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net. Die Lage der Anschläge 31,33 im Gehäuse 12 ist so gewählt, dass der radiale Abstand zwischen den beiden Anschlägen 31,33 geringfügig grösser ist als der Durchmesser des Nockens 32. Auf diese Weise kann der Nocken 32 frei zwischen den Anschlägen 31,33 durchdrehen, wie es erforderlich ist, damit der Nocken 32 einwandfrei arbeitet. Wie unten ausführlich im Zusammenhang mit der Funktionsweise der Antriebsfedern 28,44 erläutert werden wird, liegen die Anschläge 31,33 so, dass die äusseren Laschen 30,46 des vorderen und der hinteren Antriebsfeder 28 bzw. 44 verriegelt werden, so dass die Antriebsfedern 28,44, wenn der Nocken 32 gedreht wird, Drehenergie speichern können. Weiterhin wird auffallen, dass die Basis des Halses 16 eine Vertiefung 19 im Rand 21 aufweist, auf dem die Schulter 37 des Nockens 32 aufliegt, wenn er sich in der Sollage im Gehäuse 12 befindet. Aus Gründen, die unten ausführlich dargelegt werden, nimmt die Vertiefung 19 die Schulter 37 des Nockens 32 auf, wenn der Nocken 32 sich in einem begrenzten Bereich bewegt, der nicht Teil des normalen Drehwegs des Nockens 32 ist.

Wie in den Einzelheiten der Fig. 2a, 2b gezeigt, weisen die Anschläge 31,33 jeweils eine kurze schräge Fläche 37a, 37b auf, die zu einer Einrastvertiefung 39a, 39b führt. Abhängig von der Richtung, in der der Schalter 10 betätigt wird, läuft gegen Ende jedes Schaltvorgangs eine der beiden Antriebsfedern 28,44 auf eine der Anschläge 31,33 auf. Ist der Schaltvorgang beendet, gleitet die äussere Lasche dieser Antriebsfeder die schräge Fläche des Anschlages hinauf und übt dabei eine geringe seitlich gerichtete Kraft aus, die ein einwandfreies Einrasten der Antriebsfeder in den Anschlag gewährleistet. Die eingerastete Antriebsfeder kann auf diese Weise Drehenergie für den Rückschaltvorgang speichern.

Ein Nockenelement 32 mit einer an diesem befestigten Welle 34 ist in das Gehäuse 12 so einsetzbar, dass die Welle 34 des Nockens 32 durch den Hals 16 des Gehäuses 12 vorsteht. Am Ende der Welle 34 auf der offenliegenden Tankwand 14 befindet sich ein Bediengriff 24 sowie ein Schaltstangen-Ansatz 26. Die beiden Elemente dienen lediglich als alternative Bedienmöglichkeiten für den Schalter. Insbesondere kann der Schalter 10 auch unmittelbar bedient werden, indem man den Bediengriff 24 betätigt oder die Schaltstange («hot stick») am Ansatz 26 ansetzt. Ein teilweise um den Hals 16 des Gehäuses 12 herum verlaufender Rand 17 weist zwei Anschlagflächen 17a, 17b (vgl. Fig. 2) auf, die die Drehung des Bediengriffs 24 auf etwa 115° begrenzen. Dies ermöglicht 10° zusätzliche Bewegung an beiden Enden der Bewegungsbahn des Bediengriffs 24, um zu gewährleisten, dass die beiden Antriebsfedern 28,44 einwandfrei einrasten. Das entgegengesetzte Ende des Nockens 32 weist ebenfalls eine vorstehende Welle 35 auf, die mit dem Nocken 32 einteilig ausgebildet ist und eine gemeinsame Drehachse für das Antriebszahnrad 48 und den Kontaktrotor 78 bildet, wie im folgenden zu beschreiben sein wird.

Beiderseits des Nockens 32 befinden sich die leicht wendeiförmig geführten Antriebsfedern 28,44. Die vordere Antriebsfeder 28 befindet sich auf der der Welle 34 zugeordneten, die hintere Antriebsfeder 44 auf der entgegengesetzten Seite des Nockens 32. Die vordere und die hintere Antriebsfeder 28,44 sind identisch aufgebaut. Die Fig. 4 zeigt in einer Draufsicht die vordere Antriebsfeder. Wie in Fig. 1 und 6 ersichtlich, weist die Antriebsfeder 28 eine Vielzahl von Windungen auf, die jeweils seitlich gegen die danebenliegende Windung versetzt sind. Die resultierende wendeiförmige Anordnung bewirkt, dass die Antriebsfedern einen zueinander gerichteten seitlichen Druck ausüben, der zu einem einwandfreien Einrasten in den Anschlägen 31,33 beiträgt. Wie in der Fig. 6 dargestellt, weist die Feder 28 eine Innenlasche 29 und eine Aussenlasche 30 auf. Projiziert man die Innenlasche 29 und die Aussenlasche 30 zum Mittelpunkt der Feder, spannen sie einen Winkel von 45° auf.

Die Fig. 3a zeigt eine stirnseitige Ansicht des Nockens 32

mit entspannter hinterer Antriebsfeder 44. Die Beschreibung zur Fig. 3a gilt gleichermassen auch für das entgegengesetzte Ende des Nockens 32 und die vordere Antriebsfeder 28 der Fig. 11 a. Wie die Zeichnung zeigt, dient der Nocken 32 als Dorn, um den die Feder 44 herumgewickelt ist. Die Innenlasche 45 der Feder 44 liegt auf der Nockenfläche 47 auf, während die Aussenlasche 46 im Anschlag 31 verriegelt ist. Dreht man den Nocken 32 in Gegenuhrzeigersinn (in der Figur), spannt die Nockenfläche 47 die Feder 44, so dass in ihr Drehenergie gespeichert wird. Dreht man den Nocken 32 weiter, berühren sich die schräge Fläche 42 des Nockens 32 und die Aussenlasche 46 der Antriebsfeder 44, wie in Fig. 3b gezeigt. Dreht (vgl. Fig. 3c) der Nocken 32 weiter, hebt die schräge Fläche 42 die Aussenlasche 46 gegen die seitlich gerichtete Vorspannung der Antriebsfeder 44 aus der Rastvertiefung 39a des Anschlags 31 hinaus, so dass die Drehenergie, die in der Feder gespeichert ist, freigesetzt wird. Es wird auffallen, dass die vollständige Operation des Speicherns und Freisetzens der Drehenergie durch Verdrehen des Nockens 32 um etwa 85° erfolgt.

Da die Aussenlasche 46 der Antriebsfeder 44 mechanisch mit dem beweglichen Kontakt 86 des Schalters 10 gekoppelt ist, tritt, wenn die Antriebsfeder 44 infolge einer Haftung zwischen dem beweglichen Kontakt 86 und dem ortsfesten Kontakt 82 sich nicht sofort abwickelt, wenn sie vom Anschlag 31 freikommt, die schweissverhindernde Fläche 40 des Nockens 32 in den letzten wenigen Drehgraden des Nockens 32 in Berührung mit der Aussenlasche 46 der Antriebsfeder 44, um eine Drehung des beweglichen Kontakts 86 einzuleiten. Nachdem die erzwungene Bewegung der Lasche 46 die Haftkraft zwischen dem ortsfesten Kontakt und dem beweglichen Kontakt 86 überwunden hat, kann die Antriebsfeder 44 die in ihr gespeicherte Energie freisetzen und den Schaltvorgang zum Ende führen.

Wie nun wiederum in der Fig. 1 gezeigt, wird die hintere Antriebsfeder 44 in der Sollage auf dem Nocken 32 durch ein Antriebszahnrad 48 festgehalten, das auf der Welle 35 des Nokkens 32 gelagert ist. Wie auch in der Draufsicht des Antriebszahnrads 48 in der Fig. 4 gezeigt, weist dieses einen segmentierten halbkreisförmigen Ansatz mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Randfläche 50 auf, die vom Umfang der Anordnung parallel zu deren Achse vorsteht. Diese Randfläche des Antriebszahnrads 48 verläuft von einem ersten angehobenen Niveau 56 über eine Schräge 52 zu einem zweiten Niveau 54. Die axiale Höhe dieses Niveaus, das im folgenden als Antriebssegment 54 bezeichnet wird, beträgt etwa das Doppelte der Höhe des ersten Niveaus 56, das im folgenden als Antriebssegment 56 bezeichnet wird. In diesen beiden Antriebssegmenten 54,56 sind parallel zur Achse des Antriebszahnrads 48 jeweils ein Schlitz 55 bzw. 57 ausgebildet. Der Schlitz 57 im Antriebssegment 56 nimmt die Aussenlasche 46 der hinteren Antriebsfeder 44, der Schlitz 55 im Antriebssegment 54 die Aussenlasche 30 der vorderen Antriebsfeder 28 auf. Infolge der oben beschriebenen mechanischen Verbindung zwischen der vorderen bzw. der hinteren Antriebsfeder und dem Antriebszahnrad 48 dreht sich, wie ersichtlich, das Antriebszahnrad 48 immer dann, wenn eine der beiden Antriebsfedern 28,44 gespeicherte Drehenergie freisetzt.

Auf der Rückseite des Antriebszahnrads 48 ist eine Stirn-zahnung 58 vorgesehen, die mit der Achse des Antriebszahnrads 48 ausgerichtet ist. Die Stirnzahnung 58 kämmt mit zwei radial gegenüberliegenden Freilaufzahnrädern 60,62, die auf zwei Bolzen 74,76 drehbar gelagert sind, die aus einer Lagerplatte 72 vorstehen. Die Zahnräder 60,62 sind jeweils mit zwei axial fluchtenden Stirnzahnungen 64,66 bzw. 68,70 versehen. Der Umfang der auf dem Antriebszahnrad 48 sitzenden Stirnzahnung 58 beträgt etwa das l,73fache des Umfangs der Stirnzahnungen 64,68.

Wie in der Fig. 1 gezeigt, befindet sich in der Rückseite des

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Antriebszahnrades 48 eine Umfangsnut 59, deren Durchmesser und die Lagerplatte 72 jeweils mit einem Passloch 90 versehen,

geringfügig grösser ist als der Durchmesser der Stirnzahnung das einen (nicht gezeigten) Passstift aufnimmt, der nach dem

58. Die Nut 59 im Antriebszahnrad 48 bildet eine Schubfläche, Zusammensetzen des Schalters 10 wieder entfernt wird.

die die Drehung des Antriebszahnrades 48 führt. Betrachtet Zusätzlich lässt die gesamte Anordnung sich im Gehäuse 12

man insbesondere die in Fig. 5 gezeigte Lagerplatte 72 von 5 leicht festlegen, indem man die Sperrlaschen 92 einführt und vorn, sieht man, dass die Lagerplatte 72 zwei halbkreisförmige festdreht, die radial von der Lagerplatte 72 in die Rastöffnun-Segmente 71,73 aufweist, die in der Nut 59 des Antriebszahnra- gen 94 vorstehen, wie in Fig. 2c gezeigt, und in Umf angsrich-

des 48 laufen, wenn letzteres dreht. Auf diese Weise bleibt die tung um die Umfangskontur des Gehäuses 12 herum beabstan-

axiale Ausrichtung des Antriebszahnrades 48 mit der Lager- det angeordnet sind. Um eine einwandfreie Ausrichtung der platte 72 erhalten, wenn das Antriebszahnrad 48 dreht, so dass 10 Lagerplatte 72 mit dem Gehäuse 12 zu gewährleisten, sind die die Freilaufzahnräder 60,62 nicht gegen die Stirnzahnung 58 Sperrlaschen 92 und die Rastelemente 94 nicht gleichbeabstan-

klemmen können. det. Auf diese Weise kann die Lagerplatte 82 mit dem Gehäuse

Wie in der Fig. 5 weiterhin ersichtlich, ist die Lagerplatte 72 12 in nur einer und unverwechselbaren Stellung verriegelt wer-

mit einer Mittelbohrung 75 versehen, deren Durchmesser den.

geringfügig grösser als der Durchmesser der einteilig auf der 15 Als Sicherheit gegen ein unbeabsichtigtes Auseinanderfal-Welle 79 des Kontaktläufers 78 ausgebildeten Zahnung 80 ist. len des Schalters ist die Tiefe des Gehäuses 12 so gewählt, dass Die Welle 79 des Kontaktläufers 78 passt durch die Mittelboh- die Lagerplatte 72 nicht so tief im Gehäuse 12 sitzt, dass die rung 75 der Lagerplatte 72 hindurch, so dass die Zahnung 80 Laschen 92 der Lagerplatte 72 fest unter die Sperransätze 95 mit den Zahnungen 66,70 der Freilaufräder 60,62 kämmen der Rastelemente 94 greifen können, solange die Schulter 37 kann. Weiterhin ist die Hohlwelle 79 des Kontaktläufers 78 20 des Nockens 32 auf dem Rand 21 an der Basis des Gehäuses 12 drehbar auf dem Ende der Welle 35 des Nockenelements aufsitzt. Um also den Schalter 10 vollständig zusammenzuset-angeordnet, so dass der Kontaktläufer 78 einwandfrei mit den zen, muss der Nocken 32 in eine Lage gedreht werden, in der anderen Drehteilen des Schalters 10 fluchtet. Da der Umfang die Schulter 37 des Nockens 32 mit der Vertiefung 19 im Rand der Zahnungen 66,70 ebenfalls etwa l,73mal grösser ist als der 21 des Gehäuses 12 fluchtet, damit die Lagerplatte 72 so tief Umfang der Zahnung 80, ergibt sich eine mechanische Gesamt- 25 eingedrückt werden kann, dass die Laschen 92 in die Rasteleübersetzung von 3 :1 zwischen der Zahnung 58 auf dem mente 94 eingreifen und dort festgelegt werden können. Wei-Antriebszahnrad 48 und der Zahnung 80 auf dem Kontaktläu- terhin richtet die Schulter 37 des Nockens 32 sich nicht mit der fer 78. Die Ausgangsdrehung des Kontaktläufers 78 beträgt Vertiefung 19 im Rand 21 in irgendeiner Lage des Nockens 32 also das Dreifache der Eingangsdrehung des Antriebszahnra- während der normalen Funktion des Schalters 10 aus. Da der des 48. Die mechanische Übersetzung mit den Freilaufrädern 30 Rand 17 die Drehung des Bediengriffs 24 begrenzt, kann der 60,62 ist für die Konstruktion des Schalters 10 wichtig, da sie Nocken 32 nicht in die Ausrichtstellung gedreht werden, wenn eine weiterführende Drehung des beweglichen Kontakts 86 nicht vorher der Bediengriff 24 abgenommen worden ist. ermöglicht, ohne eine weitere Drehung des Bediengriffs 24 zu Solange also der Bediengriff 24 an der Welle 34 des Nockens 32 erfordern. Da Hochspannungsschalter typischerweise mit befestigt ist, lässt der Schalter 10 sich nicht auseinanderneh-einer Schaltstange betätigt werden, ist einzusehen, dass es 35 men.

zunehmend schwierig wird, den Bediengriff 24 über mehr als Unter Bezug auf die Fig. 7 wird nun der spezielle Aufbau eine Viertelumdrehung zu drehen. Die bevorzugte Ausfüh- des beweglichen Kontakts 86 erläutert. Der bewegliche Kon-rungsform des Schalters 10 ist also so aufgebaut, dass sie sich takt 86 ist vorzugsweise aus einem einzigen Stück eines hochleicht mit einer Schaltstange betätigen lässt, da für den Bedien- leitfähigen Metalls wie einer Bronze- oder Kupferlegierung griff 24 nur etwa 85° Drehung erforderlich sind. 40 gefertigt. Wie am besten in der Fig. 7a ersichtlich, ist das Ende Der bewegliche Kontakt 86 ist am Kontaktläufer 78 auf der des beweglichen Kontakts 86 zu einer Vielzahl von parallelen der Welle 79 gegenüberliegenden Seite desselben in der Mitte leitfähigen Streifen 102 unterschiedlicher Länge und einem des Läufers 78 und an einem radial beabstandeten Punkt nahe Mittelstreifen aufgespalten, der als Abschmelzsegment 100 der Umfangskontur befestigt Der bewegliche Kontakt 86 wird dient. Die leitfähigen Streifen 102 sind mit unregelmässig im folgenden ausführlich beschrieben. Die ortsfesten Kontakte 45 gestalteten Spitzen 104 versehen, die eine Vielzahl von Kon-82,84 sind auf zwei Kontaktlagern 83 bzw. 85 (Fig. 5) befestigt, taktstellen zwischen dem beweglichen Kontakt 86 und dem die an in Umfangsrichtung beabstandeten Punkten entlang der ortsfesten Kontakt 82 herstellen. Weiterhin ist im entgegenge-Umfangskontur der Lagerplatte 72 sich befinden. Der ortsfeste setzten Ende des beweglichen Kontaktes 86 eine Gruppe von Kontakt 84 verläuft vom Kontaktlager 85 zur Mitte des Kon- Vorsprüngen 108 vorgesehen, die gewährleisten, dass eine ein-taktläufers 78, wo er mit dem beweglichen Kontakt 86 verbun- 50 wandfreie elektrische Verbindung zwischen dem beweglichen den ist Der ortsfeste Kontakt 82 befindet sich so auf der Lager- Kontakt 86 und dem ortsfesten Kontakt 84 entsteht.

platte 72, dass er an einem Endpunkt von dessen Bewegung mit Der bewegliche Kontakt 86 wird hergestellt, indem man dem beweglichen Kontakt 86 in Berührung tritt. Sind ein Ein- zunächst den Kontakt entlang den gestrichelten Linien 106,108

gangsleiter am ortsfesten Kontakt 84 und ein Ausgangsleiter so faltet, dass die leitfähigen Streifen 102 beiderseits des am ortsfesten Kontakt 82 angeschlossen, schliesst sich, wie 55 Abschmelzsegments 100 miteinander fluchten, wie in Fig. 7b ersichtlich, die Verbindung zwischen dem Ein- und dem Aus- ersichtlich. Danach werden die Enden 104 der leitenden Strei-

gangsleiter, wenn der bewegliche Kontakt 86 in Berührung mit fen 102 entlang der gestrichelten Linien 110 einwärts umgebo-

dem ortsfesten Kontakt 82 tritt, während die Verbindung zwi- gen. Schliesslich biegt man das Abschmelzelement 110 bogen-

schen Ein- und Ausgangsleiter offen ist, wenn der bewegliche förmig gekrümmt um, wie es die Fig. 7b zeigt. Wie sich aus der

Kontakt 86 in den entgegengesetzten Endpunkt seiner Bewe- &o folgenden Darlegung der Funktionsweise des Schalters 10

gung gelaufen ist ergeben wird, ist es wichtig, dass der maximale radiale Abstand

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin- zwischen dem Abschmelzelement 100 und der Drehachse des dung ist insbesondere dahingehend konstruiert, dass sie ohne beweglichen Kontakts 86 geringer als der radiale Abstand zwi-

Werkzeuge oder spezielle Teile oder Armaturen leicht zusam- sehen der Drehachse zum Ende 104 des kürzesten leitenden mengebaut werden kann. Da die Ausrichtung der verschiede- es Streifens 102 ist.

nen Teile untereinander innerhalb des Gehäuses 12 für einen Wie in der Fig. 7c zu ersehen ist, liefert der bewegliche Koneinwandfreien Betrieb des Schalters 10 wesentlich ist, sind das takt 86 sechs unterschiedliche elektrische Verbindungswege Gehäuse 12, das Nockenelement 32, das Antriebszahnrad 48 sowie zwölf mögliche Kontaktpunkte zwischen dem bewegli-

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chen Kontaktelement 86 und dem ortsfesten Kontaktelement 82, wenn der Schalter 10 geschlossen ist. Wie also in Fig. 10 am besten ersichtlich, gewährleistet die Konstruktion des beweglichen Kontaktes 86, dass eine einwandfreie elektrische Verbindung zwischen dem beweglichen Kontakt 86 und dem ortsfe- 5 sten Kontakt 82 entsteht, auch wenn Teile eines der oder beider Kontaktanschlüsse erodiert sind oder diese aus einem anderen Grund keinen Strom führen können.

Unter Bezug auf die Fig. 9 und 1 la-c soll nun das Zusammenspiel der verschiedenen Bestandteile während des Arbei- i o tens des Schalters 10 erläutert werden. Wie bereits erwähnt, betätigt man die bevorzugte Ausführungsform des Schalters 10, indem man einfach den Bediengriff 24 um etwa eine Viertelumdrehung verdreht. Dies kann unmittelbar von Hand oder mit einer Schaltstange über einen Schaltansatz 26 erfolgen. Da 15 der Bediengriff 24 unmittelbar mit der Welle 34 des Nockenelements 32 gekoppelt ist, dreht dieses sich mit der Drehung des Bediengriffs 24. Nimmt man an, dass vom vorherigen Schaltvorgang her die Antriebsfeder 28 im Anschlag 33 eingerastet ist, wird bei der Drehung des Nockens 32 die Antriebsfeder 28 20 mit der Nockenfläche 27 aufgewickelt, so dass sie Drehenergie speichert. Wie am besten in den Fig. IIb und 1 lc zu erkennen, bringt eine fortgesetzte Drehung des Nockens 32 die schräge Gleitfläche 38 in Berührung mit der Aussenlasche 30 der Antriebsfeder 28, so dass die Lasche 30 gegen die seitlich 25 gerichtete Vorspannung der Antriebsfeder 28 aus dem Anschlag 33 herausgehoben wird. Liegt die Lasche 30 vom Anschlag 33 frei, geht die in der Feder 28 gespeicherte Drehenergie sehr schnell auf das Antriebszahnrad 48 über die unmittelbare Verbindung zwischen der Aussenlasche 30 der Feder 28 30 und dem Antriebssegment 54 des Antriebszahnrades 48 über. Infolge der Drehung des Antriebsrades 48 drehen auch die Freilaufräder 60,62 und damit die auf dem Kontaktläufer 78 befindliche Zahnung 80. Da die Freilaufräder 60,62 eine mechanische Übersetzung bewirken, dreht der Kontaktläufer 78 um 35 den dreifachen Winkelbetrag des Antriebszahnrades 48. Wenn weiterhin die Antriebsfeder 28 das Zahnrad 48 nicht durchdrehen kann, nachdem die Lasche 30 der Feder 28 vom Anschlag 33 freiliegt, weil zwischen den Kontakten die Haftung zu stark ist, leitet die ein Verschweissen verhindernde Fläche 36 des 40 Nockens 32 «von Hand» die Bewegung der Ausseinlasche 30 der Antriebsfeder 28 während der letzten wenigen Grade der Umdrehung des Bediengriffs 24 ein. Diese wenigen letzten Grade Drehung werden zum dreifachen Winkelbetrag am Kontaktläufer 78 übersetzt, was ausreicht, um eine normale 45 Ausführung der Schaltfunktion einzuleiten.

An diesem Punkt wird auffallen, dass, während das Antriebszahnrad 48 unter der Antriebskraft der vorderen Feder 28 dreht, die hintere Feder 44 im gegenüberliegenden Anschlag 31 einrastet. Am Ende der in einer Richtung ablaufen- 50 den Schaltfunktion kann der Schalter 10 also in die Ausgangslage zurückgebracht werden, indem man einfach die Bewegung des Bediengriffs 24 umkehrt. Wenn andererseits das Antriebszahnrad 48 unter der Kraft der hinteren Antriebsfeder 44 durchdreht, rastet die vordere Feder 28 automatisch in den 55 Anschlag 33 ein. Beim Arbeiten der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung finden also eine Speicherung von Drehenergie in einer Antriebsfeder, ein Freisetzen der gespeicherten Drehenergie und ein Versperren der entgegengesetzten Antriebsfeder bei einer einzigen Bewegung des bo Bediengriffs statt.

Es wird weiterhin auffallen, dass der bewegliche Kontakt 86 unter der Kraft der hinteren Antriebsfeder 44 ebenso schnell durchdreht wie unter der Kraft der vorderen Antriebsfeder 28. Dieses schnelle Durchschalten aus der Offen- in die Schliess- 65 Stellung hat den Sinn, die Lichtbogenbildung zwischen den beiden erregten Elementen bei schliessendem Schalter 10 gering zu halten.

Fig. 8 zeigt nun die gegenüber der des Bediengriffs 24 verlängerte Drehung des beweglichen Kontakts 86. Wie das Diagramm zeigt, erfolgt die gesamte Drehung des Bediengriffs 24 über einen Winkel von etwa 85°. Von diesem Gesamtwert dienen die ersten etwa 57° ausschliesslich der Speicherung von Drehenergie in der Antriebsfeder. Die nächsten etwa 25° wirken zusätzlich, um die Antriebsfeder aus der Sperre freizusetzen. Die letzten wenigen Grade der Bewegung dienen dazu, die Bewegung der Antriebsfeder für den Fall einzuleiten, dass der bewegliche Kontakt 86 noch nicht zu drehen begonnen hat.

Wie bereits erwähnt, bewirkt die mechanische Übersetzung, dass die 85°-Bewegung des Bediengriffs 24 eine entsprechende Drehung des beweglichen Kontakts um etwa 255° bewirkt. Die Antriebsfedern sind nach ihrer Kraft so gewählt, dass die gesamte mechanische Bewegung bei der Freigabe der gespeicherten Drehenergie in etwa 25 ms erfolgt. Aus der Figur ist weiterhin zu ersehen, dass die gesamte vom beweglichen Kontakt 86 zurückgelegte Strecke erheblich grösser ist als die direkte Verbindung zwischen dem festen Kontakt 82 zum festen Kontakt 84 in der Mitte des Schalters bzw. der direkten Entfernung zwischen dem festen Kontakt 82 und dem beweglichen Kontakt 86 am Ende dessen Drehung. Insbesondere beträgt in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die gesamte Länge der vom beweglichen Kontakt 86 durchlaufenen krummlinigen Bahn etwa 200 mm (7,9 in.), während der direkte Abstand zwischen dem festen Kontakt 82 zum festen Kontakt 84 in der Mitte des Schalters durch das strömungsfähige Isoliermedium hindurch etwa 38 mm (1,5 in.) beträgt. Obgleich also innerhalb des Schalters 10 ein verhältnismässig kurzer Weg zwischen den beiden unter elektrischer Spannung stehenden Punkten besteht, hat die bevorzugte Ausführungsform des Schalters 10 die Fähigkeit, einen hochgespannten elektrischen Strom zu unterbrechen, der ein Lichtbogenplasma über eine Strecke von etwa 190 mm (7,5 in.) erzeugen und aufrechterhalten kann.

Damit ein verhältnismässig kleiner Schalter, wie er mit der bevorzugten Ausführungsform offenbart ist, Spannungen schalten kann, für die normalerweise wesentlich grössere Schalter erforderlich sind, müssen die Parameter innerhalb des Schalters, auf denen der Weg des Lichtbogenplasmas beruht, genau eingehalten werden. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass, wenn ein Lichtbogenplasma zwischen den Stromflusspunkten während eines Schaltvorgangs auftritt, eine Gasblase infolge der starken Hitze innerhalb des Plasmas entsteht. Da sich das Plasma infolge der gegenseitigen Bewegung der Kontakte ausdehnt, nimmt die Gasblase die Form einer Säule um das Plasma herum an. Es hat sich weiterhin herausgestellt, dass, wenn die Schaltfunktion innerhalb eines strömungsfähigen Isolierstoffs erfolgt, dessen dielektrische Festigkeit verhältnismässig hoch ist, das Lichtbogenplasma innerhalb der Gassäule verbleibt, da die dielektrische Festigkeit der Gassäule erheblich geringer als die des umgebenden Strömungsmittels ist.

Wenn hier ausgeführt wurde, dass das Lichtbogenplasma in eine Säule von Gas eingeschlossen ist, soll dies nicht bedeuten, dass eine präzise Grenze vorliegt, innerhalb deren das Plasma sich befindet. Auch soll dies nicht bedeuten, dass das von dem Lichtbogenplasma erzeugte Gas eine erkennbare, perfekt gestaltete Säule bildet, die sich scharf definieren Hesse. Da das Plasma keinen vollkommen definierten «Strahl» gleichmässi-ger Stärke bildet, ist auch das umgebende Gas gleichermassen ungleichmässig und streut. Das Lichtbogenplasma folgt jedoch im wesentlichen einer bogenförmigen Bahn, die von der Drehung des beweglichen Kontakts beschrieben wird. Da das Gas von der Hitze des Plasma erzeugt wird, wurde hier der Ausdruck «Säule» angewandt, um einen idealisierten Bereich zu kennzeichnen, in dem sich das Gas konzentriert. Tatsächlich ist das Lichtbogenplasma auf einen Bereich beschränkt, der durch das Vorliegen einer Gaskonzentration definiert ist und der den

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Weg des Lichtbogenplasmas im wesentlichen umhüllt.

Da das vom Lichtbogenplasma erzeugte Gas wesentlich leichter als das Strömungsmittel ist, hat die Gassäule die Neigung, im Strömungsmittel anzusteigen. Es wird also wichtig, dass die Dauer des Schaltvorgangs ausreichend kurz bleibt,

dass die Gassäule innerhalb des strömungsfähigen Isoliermittels nicht wesentlich ansteigt. Weiterhin ist vorzugsweise, wie bereits festgestellt, der Schalter so angeordnet, dass die Drehbahn des beweglichen Kontakts 86 im wesentlichen zentriert um die 12-Uhr-Stellung erfolgt. Auf diese Weise erfolgt jede Bewegung des Gases während des Schaltvorgangs vom Mittelleiter 84 des Schalters 10 hinweg. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltzeit von 25 ms kurz genug, um die Bewegung der Gassäule extrem gering zu halten. Bei dieser praktisch ortsfesten Gassäule wird es daher möglich, das Lichtbogenplasma innerhalb bestimmter Parameter in der Gassäule zu halten. Diese Parameter betreffen die unterschiedlichen dielektrischen Festigkeiten innerhalb der Schalterumgebung unter den dynamischen Bedingungen des Schaltvorgangs.

Insbesondere muss die dielektrische Festigkeit der Gassäule zwischen den Kontakten geringer als die dielektrische Festigkeit zwischen allen anderen möglichen Stromflusswegen sein, die unter elektrischer Spannung stehen. In der bevorzugten Ausführungsform des Schalters muss also die dielektrische Festigkeit einer etwa 200 mm (7,9 in.) langen Gassäule erheblich geringer als die dielektrische Festigkeit von etwa 38 mm (1,5 in.) strömungsfähigem Isoliermittel sein. Zusätzlich muss die dielektrische Festigkeit der Gassäule anfänglich geringer als die maximale dielektrische Festigkeit sein, die erforderlich ist, um das Lichtbogenplasma überhaupt zu erhalten.

Schliesslich muss die dielektrische Festigkeit sowohl der Gassäule bei maximaler Länge als auch der gesamten Schalteranordnung die höchste dielektrische Festigkeit übersteigen, die das Lichtbogenplasma erhalten lässt, damit der Lichtbogen erlischt.

Indem man also der Gassäule mit einer kontrollierten relativen Kontaktbewegung eine bestimmte Bahn erteilt, lässt sich ein Plasma erfolgreich in beliebiger Bahn führen, solange (1) die relative dielektrische Festigkeit der Gassäule unter der Leitfähigkeitsschwelle des Lichtbogenplasmas liegt, während alle anderen dielektrischen Festigkeiten dort, wo elektrische Spannung auftritt, erheblich über diesem Schwellwert liegen und (2) die relative dielektrische Festigkeit der Gassäule niedriger als andere dielektrische Festigkeiten von Säule zu Säule ist, wo parallele oder sich in engem Abstand schneidende Säulenwege verwendet werden. Das Plasma folgt immer der Gassäule, solange deren dielektrische Festigkeit unter der Leitfähigkeitsschwelle des Lichtbogenplasmas liegt und dem Strom-fluss den niedrigsten Widerstand innerhalb des Schalters entgegensetzt. Liegen weiterhin die dielektrischen Festigkeiten sämtlicher anderen Bereiche innerhalb des Schalters der Leitfähigkeitsschwelle, reisst das Lichtbogenplasma auf, wenn die dielektrische Festigkeit der Gassäule die Leitfähigkeitsschwelle übersteigt.

Es sind also auch verschiedene andere krummlinige Kontaktbahnen - im Gegensatz zu einer rein kreisförmigen - möglich. Beispielsweise kann man der kreisförmigen Kontaktbewegung in der bevorzugten Ausführungsform eine Axialkomponente hinzufügen und so eine wendeiförmige Kontaktführung erreichen. Weiterhin lässt sich eine Mehrfachkontaktbewegung vorsehen, um eine Vielzahl komplizierter Kurvenbahnen darzustellen. Diese Alternativen erfordern jedoch auch kompliziertere Schaltermechaniken als oben für die bevorzugte Ausführungsform offenbart.

Es sei hier darauf verwiesen, dass die Leitfähigkeitsschwelle des Lichtbogenplasmas von der Lichtbogentempertur abhängt. Wo hier also festgestellt ist, dass die Leitfähigkeitsschwelle des Lichtbogenplasmas von der dielektrischen Festigkeit der Gassäule überschritten wird, soll dies u. a. aussagen, dass die Temperatur des Lichtbogenplasmas unter jenes Minimum abgefallen ist, das erforderlich ist, um das Lichtbogenplasma innerhalb der Gassäule aufrechtzubehalten. Es ist wahrscheinlich die 5 Abgabe der vom Plasma erzeugten Wärme an das dieses umgebende strömungsfähige Isoliermedium, die zum Löschen des Plasmas führt. Indem man diesen Umstand auf die vorliegende Erfindung anwendet, ergibt sich, dass durch Kontrolle eines verlängerten Lichtbogens der Schalter 10 die gesamte Grenz-io fläche zwischen dem Lichtbogenplasma und dem umgebenden strömungsfähigen Isoliermedium erheblich vergrössert. Dies führt zu einer Abkühlung des Lichtbogenplasmas, diese ihrerseits zu einer Entionisierung und damit zum Erlöschen des Plasmas.

15 Mit den Fig. 12a bis 12f soll nun die Schaltfunktion erläutert werden. Die Fig. 12a bis 12f zeigen in der entsprechenden Reihenfolge die Funktionsweise des Schalters 10 und insbesondere die Bildung der Gassäule, die das Lichtbogenplasma umgibt, während es dem beweglichen Kontakt 86 auf seiner Bewe-2ii gungsbahn nachläuft. Die gepunktete Linie in den Figuren soll die tatsächliche Bahn des Lichtbogenplasmas innerhalb der umgebenden Gassäule angeben. Wenn der bewegliche Kontakt 86 sich von dem ortsfesten Kontakt 82 löst, entsteht das Plasma. Wie am besten in der Fig. 12a zu ersehen, läuft inner-25 halb der ersten wenigen Winkelgrade der Drehung das Abschmelzsegment 100 des beweglichen Kontakts 86 in grosser Nähe am ortsfesten Kontakt 84 vorbei. Insbesondere liegt nach den ersten wenigen Winkelgraden der Drehung das Abschmelzsegment 100 näher am ortsfesten Kontakt 82 als die 3o Kontaktsegmente 102 des beweglichen Kontakts 86. Infolgedessen wird das Lichtbogenplasma während der Drehung des beweglichen Kontakts 86 zwischen das Abschmelzelement 100 und den ortsfesten Kontakt 82 geführt. Auf diese Weise sind die Kontaktstreifen 102 des beweglichen Kontaktes 86 der erodie-35 renden Wirkung des Lichtbogenplasmas nicht ausgesetzt. Diese bevorzugte Konstruktion des beweglichen Kontakts 86 erlaubt also dem Schalter 10 ein Arbeiten ohne Beeinträchtigung der Kontaktsegmente 102, die, wenn schadhaft, einen einwandfreien Betrieb des Schalters 10 verhindern würden. 4» Während nun (vgl. Fig. 12b) der bewegliche Kontakt 86 weiter vom ortsfesten Kontakt 82 hinwegdreht, verlängert sich das Lichtbogenplasma, während es der Bahn des Abschmelzsegments 100 folgt. Wie bereits erwähnt, ist das Lichtbogenplasma auf die Bahn begrenzt, die das Abschmelzsegment 100 45 beschreibt, und zwar infolge des geringeren Widerstands innerhalb der das Plasma umgebenden Gassäule.

Nimmt man an, dass es sich bei dem am Schalter 10 liegenden Strom um 60-Hz-Wechselstrom handelt, fällt der Strom 120mal in der Sekunde auf Null ab. Die Nulldurchgänge treten 5o in Abständen von 8 ms auf. Während der ersten 8 ms der Kontaktbewegung erlischt also das Lichtbogenplasma und wird danach, wie in Fig. 12c gezeigt, erneut die kreisförmige Bahn zwischen dem Abschmelzsegment 100 und dem ortsfesten Kontakt 84 überspannen. Infolge der extrem kurzen Dauer der 55 Nulldurchgangsphase bricht die Gassäule jedoch nicht wesentlich zusammen. Da es keine Möglichkeit der Vorhersage gibt, wo innerhalb seiner Periode der anliegende Wechselstrom gerade ist, wenn der Schaltvorgang seinen Anfang nimmt, kann der erste Nulldurchgang irgendwo innerhalb der ersten 8 ms bo der Schaltzeit auftreten. Etwa 8 ms nach dem ersten Nulldurchgang, nachdem der bewegliche Kontakt etwa 80° weitergelaufen ist, löscht das Plasma erneut und schlägt dann über den krummlinigen Pfad erneut durch, den die Drehung des Abschmelzsegments 100 beschreibt Wenn schliesslich, wie in b5 Fig. 12 gezeigt der dritte Nulldurchgang erfolgt, hat der bewegliche Kontakt 86 fast seine gesamte Bewegungsbahn durchlaufen. Infolge der erhöhten dielektrischen Festigkeit der verlängerten Gassäule an diesem Punkt kann nun das Lichtbo-

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genplasma entlang der krummlinigen Bahn innerhalb der Gassäule nicht mehr durchschlagen, nachdem es das dritte Mal erloschen ist. Das Lichtbogenplasma bricht also zusammen, unterbricht den Stromfluss zwischen dem beweglichen Kontakt 86 und dem ortsfesten Kontakt 82 und die Gassäule zer- 5 streut sich, wie erwähnt, in das umgebende strömungsfähige Medium.

Wie einzusehen ist, ändert sich, wenn der Schalter mit elektrischen Strömen höherer oder niedrigerer Frequenz eingesetzt wird, auch die Anzahl der Nulldurchgänge gegenüber den i o

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in diesem Beispiel angegebenen Werten.

Wenn schliesslich der Schalter 10 im Zustand eines Fehlerschlusses betätigt wird, wie er auftritt, wenn auf der Leitung im Zeitpunkt der Schalterbetätigung ein Kurzschluss vorliegt, kann der Schaden am Schalter 10 infolge seiner Konstruktion minimal gehalten werden. Insbesondere wird in diesem Zustand das Abschmelzelement 100 abschmelzen, so dass kein Schaden am Rest des beweglichen Kontakts 86 und den anderen Schaltelementen im Schalter 10 unter der anliegenden elektrischen Spannung auftreten kann.

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6 Blatt Zeichnunger

Claims (20)

620789 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrischer Hochspannungsschalter, bei dem ein Lichtbogenplasma entsteht, wenn die Kontaktstellen sich trennen und der ein unter Spannung stehendes ortsfestes Element, ein unter Spannung stehendes bewegliches Element, das in einer ersten Stellung elektrischen Kontakt zum ortsfesten Element herstellen kann, und eine Antriebseinrichtung aufweist, um die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen in der ersten Stellung zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (28,44) betrieblich das bewegliche Kontaktelement (78) innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne in einer krummlinigen Bahn vom ortsfesten Kontaktelement (83,85) hinweg um eine Achse über eine radiale Distanz von wesentlich mehr als 180° bewegt, so dass das bei der Trennung der Kontaktelemente entstehende Lichtbogenplasma die krummlinige Bahn des beweglichen Kontaktelementes im wesentlichen nachvollzieht, bis es erlischt.

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2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (28,44) das bewegliche Kontaktelement (78) innerhalb etwa 25 ms um etwa eine Dreivierteldrehung dreht.

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zu dem Antriebselement (54) und dem Lagerelement (79) so angeordnet ist, dass die kleinere der Stirnverzahnungen mit dem Antriebszahnrad (48) und die grössere der Verzahnungen mit dem angetriebenen Zahnrad (80) kämmen.

20. Schalter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, 5 dass der Umfang des Antriebszahnrades (48) etwa das l,73fache des Umfanges der kleineren Stirnverzahnung und der Umfang der grösseren Verzahnung etwa das l,73fache des Umfanges der angetriebenen Verzahnung betragen, so dass das angetriebene Zahnrad (80) etwa dreimal so weit dreht wie i o das Antriebszahnrad (48).

21. Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

dass durch die Drehung des beweglichen Kontaktelementes (78) dieses über eine Bahn innerhalb des strömungsfähigen Isoliermediums bewegt wird, die erheblich länger als der resultie- 15 rende direkte Abstand zwischen den Kontaktelementen (78; 83, 85) am Ende der Bewegung ist, so dass das bei der Trennung der Kontaktelemente (78; 83,85) entstehende Lichtbogenplasma im wesentlichen dieser Bewegungsbahn folgt.

3. Schalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Betätigungseinrichtung (24), mit der der Antriebseinrichtung (28,44) Drehenergie zugeführt wird.

4. Schalter nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Nockenelement (32), das zwischen die Betätigungseinrichtung (24) und die Antriebseinrichtung (28,44) geschaltet ist und bei der Drehung des Nockenelementes (32) durch die Betätigungseinrichtung (24) um einen ersten vorbestimmten Winkelbetrag die durch die Betätigungseinrichtung (24) zugeführte Drehenergie in der Antriebseinrichtung (28,44) speichern und die in der Antriebseinrichtung (28,44) gespeicherte Energie bei weiterer Drehung des Nockenelementes (32) durch die Betätigungseinrichtung (24) um einen zweiten vorbestimmten Winkelbetrag freisetzen kann.

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5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement (32) die Drehung des beweglichen Kontaktelementes (78) bei noch weiterer Drehung des Nockenelementes (32) durch die Betätigungseinrichtung um einen dritten vorbestimmten Winkelbetrag einleiten kann, wenn die Antriebseinrichtung (28,44) die Drehung des beweglichen Kontaktelementes nicht einleiten kann, nachdem das Nockenelement (32) sich um den zweiten vorbestimmten Winkelbetrag weitergedreht hat.

6. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (28,44) eine Übersetzungseinrichtung (48,58,60,62,64,68,72,80) aufweist, die dem beweglichen Kontaktelement (78) eine grössere Drehung erteilt als die Betätigungseinrichtung (24) liefert.

7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (24) der Antriebseinrichtung (28, 44) etwa eine Vierteldrehung Drehenergie erteilen und die Übersetzungseinrichtung (48,58,60,62,64,68,72,80) das bewegliche Kontaktelement (78) etwa eine Dreiviertelumdrehung drehen kann.

8. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Kontaktelement (78) ein erstes Teil (86) mit einer Vielzahl von Segmenten (102) unterschiedlicher Länge aufweist, die mit dem ortsfesten Kontaktelement (83,85) an einer Vielzahl unterschiedlicher Stellen in der ersten Stellung Kontakt herstellen können.

9. Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Vielzahl von Segmenten (102) mehr als einen Kontaktpunkt (104) aufweist.

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10. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das bewegliche, unter Spannung stehende Kontaktelement (78) ein erstes Teil (86), das Kontakt mit dem ortsfesten Kontaktelement in der ersten Stellung herstellen kann, und ein zweites Teil (100) aufweist, das in grosse Nähe zum ortsfesten Kontaktelement (83,85) laufen kann, nachdem das erste Teil (86) sich vom ortsfesten Kontaktelement (83,85) getrennt hat, so dass das Lichtbogenplasma sich zwischen dem ortsfesten Kontaktelement (83,85) und dem zweiten Teil (100) des beweglichen Kontaktelementes (78) während der Drehung des beweglichen Kontaktelementes (78) bildet.

11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil (100) des beweglichen, unter Spannung stehenden Kontaktelementes (78) als Abschmelzelement ausgebildet ist.

12. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die unter Spannung stehenden Kontaktelemente sich in einem strömungsfähigen Isoliermittel befinden.

13. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

dass die Antriebseinrichtung eine erste Antriebsfeder (28), die das bewegliche Kontaktelement (78) in einer Richtung dreht, sowie eine zweite Antriebsfeder (44) aufweist, die das bewegliche Kontaktelement (78) in der entgegengesetzten Richtung dreht.

14. Schalter nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine erste Rasteinrichtung (31), um die erste Antriebsfeder (28) zu verriegeln, so dass sie das bewegliche Kontaktelement (78) nicht drehen kann, bis die erste Antriebsfeder (28) durch das Nockenelement (32) freigesetzt wird, und durch eine Einrichtung, um die erste Antriebsfeder (28) automatisch in der ersten Rastlage festzuhalten, während das bewegliche Kontaktelement (78) von der zweiten Antriebsfeder (44) gedreht wird.

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15. Schalter nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine zweite Rasteinrichtung (33), um die zweite Antriebsfeder (44) zu verriegeln, und sie daran zu hindern, das bewegliche Kontaktelement (78) zu drehen bis die zweite Antriebsfeder (44) vom Nockenelement (32) freigesetzt wird, und durch eine Einrichtung, um automatisch die zweite Antriebsfeder (44) in der zweiten Sperrlage festzulegen, während das bewegliche Kontaktelement (78) von der ersten Antriebsfeder (28) gedreht wird.

16. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass durch die Drehung des beweglichen Kontaktelementes (78) das bewegliche Kontaktelement (78) in einer kreisrunden Bahn bewegt wird, so dass das Lichtbogenplasma, das bei der Trennung der Kontaktelemente (78; 83,85) entsteht, im wesentlichen auf dem kreisrunden Weg des beweglichen Kontaktelementes (78) läuft.

17. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass durch die Drehung des beweglichen Kontaktelementes (78) dieses relativ zum ortsfesten Kontaktelement (83,85) innerhalb einer bestimmten Zeitspanne eine Strecke durchläuft, die erheblich länger ist als die resultierende Entfernung zwischen den Kontaktelementen (78; 83,85) am Ende der Bewegung.

18. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass durch die Drehung des beweglichen Kontaktelementes (78) dieses über einen Weg sich bewegt, der anfänglich den direkten Abstand zwischen dem ortsfesten (83,85) und dem beweglichen (78) Kontaktelement vergrössert und danach verringert, so dass das infolge der Trennung der Kontaktelemente entstehende Lichtbogenplasma im wesentlichen der Bahn dieser Bewegung folgt, bis es erlischt.

19. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

dass die Antriebseinrichtung (28,44) ein Antriebselement (54), an dem ein Antriebszahnrad (48) angebracht ist, aufweist, das bewegliche Kontaktelement (78) an einem Lagerelement (79) angebracht ist, an dem ein angetriebenes Zahnrad (80) angebracht ist, und die Übersetzungseinrichtung mindestens ein freilaufendes Zahnrad (60,62) mit mindestens einem einteilig miteinander ausgebildeten Paar axial fluchtender Stirnzahnun-gen mit unterschiedlichem Aussenumfang aufweist und relativ

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