DE1079226B

DE1079226B - Pressure contact with double interruption for mechanical converters with large currents

Info

Publication number: DE1079226B
Application number: DEL25119A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Floris Koppelmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1956-06-19
Filing date: 1956-06-19
Publication date: 1960-04-07

Description

Für mechanische Stromrichter großer Stromstärke benutzt man Druckkontakte, bei denen eine bewegliche Kontaktbrücke mit zwei feststehenden Kontaktstücken zusammenarbeitet. Der Anpreßdruck der Kontaktbrücke gegen die Kontaktstücke wird dabei durch eine Schraubenfeder hervorgerufen. Diese Schraubenfeder bringt gewisse Nachteile mit sich, vor allem bedeutet das untere Ende der Schraubenfeder zusammen mit seinem Führungsstück eine Vergrößerung der Masse der Kontaktbrücke, welche sehr unerwünscht ist, da mit wachsender Masse die Stoßkräfte beim Aufsetzen der Kontaktbrücke auf die Kontaktstücke zunehmen und dadurch die Lebensdauer der Kontakte erheblich beeinträchtigt wird. Außerdem hat die Schraubenfeder nicht denjenigen Grad von Seitensteifigkeit, den man eigentlich zur Führung der Kontaktbrücke benötigt. Schließlich ist bei einer Schraubenfeder keine Gewähr gegeben, daß sich ihr Druck gleichmäßig auf die beiden Kontaktstellen verteilt.For mechanical converters of high amperage, pressure contacts are used, with one moving Contact bridge cooperates with two fixed contact pieces. The contact pressure of the contact bridge against the contact pieces is caused by a helical spring. This coil spring brings with it certain disadvantages, especially the lower end of the coil spring means together with his guide piece an increase in the mass of the contact bridge, which is very undesirable because with increasing mass, the impact forces increase when the contact bridge is placed on the contact pieces and thereby the service life of the contacts is significantly impaired. Also has the coil spring not the degree of lateral stiffness that you would get actually needed to guide the contact bridge. After all, there is no guarantee with a coil spring given that their pressure is evenly distributed over the two contact points.

Es ist weiterhin bekannt, zwei verschiedene Federn, von denen eine eine Schraubenfeder ist, zu verwenden. Bei einer solchen Anordnung bleiben aber die Nachteile, die der Schraubenfeder anhaften, bestehen.It is also known to use two different springs, one of which is a helical spring. With such an arrangement, however, the disadvantages inherent in the helical spring remain.

Durch die Erfindung werden die Nachteile, die der Schraubenfeder anhaften, vermieden. Bei einem Druckkontakt mit Doppelunterbrechung für mechanische Stromrichter großer Stromstärke, z.B. 10000 A, bei dem eine einzige bewegliche Kontaktbrücke unter Mitwirkung einer Feder mit zwei feststehenden Kontaktstücken zusammenarbeitet und bei dem diese Feder den vollen Kontaktdruck liefert und keinen Arbeitsstrom führt, drückt nach der Erfindung eine Blattfeder die Kontaktbrücke gegen die Kontaktstücke. The invention avoids the disadvantages inherent in the helical spring. At a Pressure contact with double interruption for mechanical converters with high amperage, e.g. 10000 A, in which a single movable contact bridge with the assistance of a spring with two fixed contact pieces cooperates and in which this spring delivers the full contact pressure and none Working current leads, according to the invention, a leaf spring presses the contact bridge against the contact pieces.

Nach einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgedankens wird diese Blattfeder derartig aufgeteilt, daß jede der beiden Kontaktstellen von der Brücke zu je einem der Kontaktstücke praktisch durch eine eigene Feder angedrückt wird, so daß mit Sicherheit jede der beiden Kontaktstellen den vorgeschriebenen Druck erhält. Bei Kontakten für sehr große Stromstärken tritt sowohl im normalen Betrieb wie auch besonders bei Störungen, bei denen Lichtbogen oder kurzschlußartige Ströme an den Kontakten auftreten, eine so große Erwärmung auf, daß die Festigkeit der Feder beeinträchtigt wird. Deshalb kann zwischen Kontaktbrücke und Blattfeder ein Zwischenstück eingefügt werden, welches thermisch isoliert, welches jedoch andererseits gewichtsmäßig sehr leicht gehalten ist. Die Form der Blattfeder, insbesondere \\ä%s ^jai die Kontaktbrücke drückenden Endes, wird derart gestaltet, daß die mechanische Beanspruchung bis auf die höchstzulässige Grenze getrieben ist, damit die Masse so klein wie möglich wird. Aus dem Druckkontakt mit DoppelunterbrechungAccording to a further embodiment of the inventive concept, this leaf spring is divided in such a way that each of the two contact points from the bridge to one of the contact pieces practically through its own spring is pressed, so that each of the two contact points with certainty the prescribed Pressure received. With contacts for very high currents occurs both in normal operation as also especially in the event of malfunctions in which arcs or short-circuit-like currents occur at the contacts, so great a heating that the strength of the spring is impaired. Therefore can an intermediate piece can be inserted between the contact bridge and the leaf spring, which thermally insulates, which, on the other hand, is kept very light in weight. The shape of the leaf spring, in particular \\ ä% s ^ jai the contact bridge of the pressing end, will designed in such a way that the mechanical stress is driven to the maximum permissible limit, so the mass becomes as small as possible. From the pressure contact with double break

für mechanische Stromrichterfor mechanical converters

großer Stromstärkelarge amperage

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1LICENTIA Patent Administration - G. m. B. H., Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1

Dr.-Ing. Floris Koppelmann, Berlin-Siemensstadt,
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Floris Koppelmann, Berlin-Siemensstadt,
has been named as the inventor

gleichen Grunde kann die Blattfeder auf ihrer ganzen Länge derart in der Breite bzw. in der Dicke bemessen werden, daß die günstigste Materialausnutzung erreicht wird. Zweckmäßigerweise wird dabei die Einspannstelle der Feder wesentlich dicker ausgeführt als die eigentliche Feder, um Brüche an der Einspannstelle sicher zu vermeiden.The leaf spring can do the same on its whole Length can be dimensioned in width or in thickness in such a way that the most favorable material utilization is achieved will. Appropriately, the clamping point of the spring is made much thicker than the actual spring to reliably avoid breaks at the clamping point.

Von der Verwendung von Blattfedern hat man bislang abgesehen, weil sie bei gegebener Federkraft und gegebenem Federhub konstruktiv ungeschickter, d. h. unbequem lang, gegenüber Schraubenfedern sind. Nach der Erfindung wird daher die Blattfeder vorzugsweise für solche mechanischen Stromrichter benutzt, welche gegenüber der normalen Ausführung verringerte Kontakthübe, beispielsweise kleineren Exzenterhub als 2 mm, aufweisen. Eine weitere Herabsetzung der Schwingbeanspruchung der Feder kann dadurch erzielt werden, daß das Einspannende der Blattfeder mit dem Stößel, der die Kontaktbrücke betätigt, die gleiche hin- und hergehende Bewegung ausführt. Bei dieser Konstruktion wird der Arbeitsweg der Blattfeder um so kleiner, je kleiner die Schließzeit des Kontaktes ist, d. h., diese Konstruktion eignet sich besonders gut für sechsphasige Schaltungen, bei denen die Stromflußdauer jeder Phase statt 120 nur 60° beträgt und dementsprechend die Kontaktschließ dauer kurz ist. Verwendet man eine sechsphasige Brücke mit aufgelöstem Stern, so liegen je Phase zwei Kontakte mit Doppelunterbrechung, d. h. also vier Unterbrechungsstellen, in Reihe. Dies hat so hohe Spannungsfestigkeit zur Folge, daß der Exzenterhub besonders klein, beispielsweise kleiner als 1,5 bis 1 mm gewählt werden kann, was eine weitere Verringerung der Beanspruchung bzw. Verringerung der Abmessung der Blattfeder zur Folge hat.From the use of leaf springs has so far been refrained from, because with a given spring force and given spring stroke structurally clumsy, d. H. uncomfortably long, compared to coil springs. To the invention, therefore, the leaf spring is preferably used for such mechanical converters, which compared to the normal version, reduced contact strokes, for example smaller eccentric stroke than 2 mm. A further reduction in the vibration stress on the spring can thereby be achieved be that the clamping end of the leaf spring with the plunger that actuates the contact bridge, the same performs a reciprocating motion. With this construction, the travel of the leaf spring is reversed the smaller the shorter the closing time of the contact, d. that is, this construction is particularly well suited for six-phase circuits in which the current flow duration of each phase is only 60 ° instead of 120 and accordingly the contact closing time is short. If you use a six-phase bridge with resolved Star, there are two double-break contacts per phase, i. H. so four interruption points, in row. This has such a high dielectric strength that the eccentric stroke is particularly small, for example smaller than 1.5 to 1 mm can be chosen, which further reduces the stress or reduction in the dimensions of the leaf spring.

Infolge der großen Stromstärke in der .Kontaktbrücke befindet sich das äußere Ende der Blattfeder inAs a result of the high amperage in the contact bridge the outer end of the leaf spring is in

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einem hochmagnetischen Feld, so daß es zweckmäßig ist, für die Feder unmagnetischen Stahl oder auch andere unmagnetische Materialien, wie z. B. Beryllium—Kupfer oder Beryllium—Nickel zu verwenden. Trotz der Wärmeisolation kann man vorsichtigerweise die Feder auch noch aus warmfestem Federmaterial herstellen.a highly magnetic field, so that it is useful for the spring or non-magnetic steel other non-magnetic materials, such as B. Beryllium-Copper or beryllium-nickel to be used. Despite the thermal insulation, one can cautiously Also make the spring from heat-resistant spring material.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Kontaktbrücke 1 arbeitet mit zwei in der Zeichnung nicht dargestellten festen Kontaktstücken zusammen. Ein Stößel 2 aus Isolierstoff ist in einem Stößelkopf 3 eingespannt. Der Stößelkopf 3 ist durch Blattfederpakete 4 und 5 an einem feststehenden Maschinenteil 6 angelenkt. Der Stößelkopf 3 wird durch ein Antriebsband 7, beispielsweise mit Hilfe eines Exzentergetriebes, in hin- und hergehende Bewegung versetzt. Bewegt sich das Antriebsband 7 in der Zeichnung nach oben, so hebt sich die Kontaktbrücke 1 von den nicht dargestellten festen Kontaktstücken ab, bewegt sich das Band nach unten, so setzt die Kontaktbrücke auf die festen Kontaktstücke auf, und der Kontakt ist geschlossen. Die Blattfeder 8 besteht aus zwei dreieckförmigen Armen 9 und 9', von denen jeder unter Zwischenschaltung eines wärmeisolierenden Druckstückes 10 und 10' auf je eine Seite der Kontaktbrücke 1 drückt. Das Einspannende 11 der Blattfeder ist stark verdickt und zu ihrem federnden Teil mit einem Krümmungsradius r ohne Kerben auf die notwendige Federdicke heruntergeschliffen. Ein Schlitz 12 in diesem Einspannende ermöglicht es, die Blattfeder nach Lösen der Schrauben 13 in der Zeichnung nach rechts herauszuziehen. Damit die Blattfeder während des Betriebes die in der Zeichnung dargestellte Lage senkrecht zur Stößelbewegung hat, kann sie im entspannten Zustand der Zeichnung um so viel nach unten vorgebogen werden, wie man Vorspannung wünscht. Damit sich der Federdruck gleichmäßig auf die linke und rechte Seite der Kontaktbrücke in der Zeichnung verteilt, kann die Blattfeder gelenkig mit den Druckstücken 10 und 10', beispielsweise mit Hilfe von kugeligen Nietköpfen, verbunden sein. Trotz dieser gelenkigen Verbindung wird die Kontaktbrücke 1 durch die Blattfeder sowohl gegen Verdrehen als auch gegen seitliche Verschiebungen sicher geführt, so daß auch bei längerem Be- *5 trieb die Kontaktbrücke 1 immer genau auf die gleiche Stelle der Kontaktstücke aufsetzt, was bezüglich der Lebensdauer der Kontakte vorteilhaft ist. Man kann das Einspannende der Blattfeder auch geneigt gegenüber der Achse der Stößelbewegung anordnen. Man hat dann den Vorteil, daß zur Erzielung der notwendigen Vorspannung die Blattfeder nicht vorgebogen zu werden braucht.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. The contact bridge 1 works together with two fixed contact pieces, not shown in the drawing. A plunger 2 made of insulating material is clamped in a plunger head 3. The ram head 3 is articulated to a stationary machine part 6 by leaf spring assemblies 4 and 5. The ram head 3 is set in reciprocating motion by a drive belt 7, for example with the aid of an eccentric gear. If the drive belt 7 moves upwards in the drawing, the contact bridge 1 lifts from the fixed contact pieces (not shown); if the belt moves downwards, the contact bridge rests on the fixed contact pieces and the contact is closed. The leaf spring 8 consists of two triangular arms 9 and 9 ', each of which presses on one side of the contact bridge 1 with the interposition of a heat-insulating pressure piece 10 and 10'. The clamping end 11 of the leaf spring is greatly thickened and ground down to its resilient part with a radius of curvature r without notches to the necessary spring thickness. A slot 12 in this clamping end enables the leaf spring to be pulled out to the right in the drawing after loosening the screws 13. So that the leaf spring has the position shown in the drawing perpendicular to the slide movement during operation, in the relaxed state of the drawing it can be pre-bent downwards by as much as one desires bias. So that the spring pressure is evenly distributed on the left and right side of the contact bridge in the drawing, the leaf spring can be connected in an articulated manner to the pressure pieces 10 and 10 ', for example with the aid of spherical rivet heads. Despite this articulated connection, the contact bridge 1 is safely guided by the leaf spring against rotation as well as against lateral displacement, so that even during prolonged operation the contact bridge 1 always touches down exactly on the same point of the contact pieces, which is related to the service life of the Contacts is beneficial. You can also arrange the clamping end of the leaf spring inclined relative to the axis of the slide movement. This then has the advantage that the leaf spring does not need to be pre-bent in order to achieve the necessary bias.

Die wärmeisolierenden Druckstücke 10 und 10' können gleichzeitig spannungsisolierend sein, so daß das Einspannende 11 der Blattfeder auf Erdpotential gehalten werden kann. Im Gegensatz dazu kann man auch das Ende 11 der Blattfeder isoliert einspannen und die Blattfeder als PotentialabgrifF von der Kontaktbrücke benutzen. Die wärme- und spannungsisolierenden Druckstücke 10 und 10' müssen in dem Fall durch eine leitende Brücke von geringem elektrischem, aber hohem Wärmewiderstand, beispielsweise eine dünne Metallfolie, überbrückt werden.The heat-insulating pressure pieces 10 and 10 'can be stress-isolating at the same time, so that the Clamping end 11 of the leaf spring can be kept at ground potential. In contrast, you can also clamp the end 11 of the leaf spring in an insulated manner and use the leaf spring as a potential tap from the contact bridge use. The heat and stress-insulating pressure pieces 10 and 10 'must be in the Fall through a conductive bridge of low electrical but high thermal resistance, for example a thin metal foil.

Durch die geringe Stoßmasse, die die beschriebene Federkonstruktion mit sich bringt, erhält man Spielraum in der Bemessung der Kontaktbrücke I₁ beispielsweise kann man das eingesparte tote Gewicht der sonst üblichen Schraubenfeder verwenden, um die Kontaktbrücke dicker zu machen, d. h., ihre mechanische Festigkeit und ihre elektrische Leitfähigkeit zu vergrößern. Eine weitere Verringerung der Stoßmasse läßt sich dadurch erzielen, daß man die Kontaktbrücke 1 aus Leichtmetall, beispielsweise Aluminium, oder auch aus Kupfer herstellt und daß man nur an der Berührungsstelle der Kontakte das jeweils notwendige Kontaktmaterial, z. B. Silber, Silber—Nickel, Silber—Wolfram u. dgl., in dünner Schicht aufwalzt. Bei den mechanischen Stromrichtern sehr hoher Stromstärke der vorliegenden Art ist ein Kontaktdruck von der Größenordnung 100 kg oder mehr erforderlich. Die Kontaktbrücke ist von oben derart gut zugänglich, daß sie beispielsweise von oben mit Preßluft angeblasen und dadurch gekühlt werden kann. Die genaue Führung der Kontaktbrücke ermöglicht es, den Exzenterhub des Antriebs unter 1 mm zu verringern, wodurch alle mechanischen Beanspruchungen des Getriebes und die Feder und außerdem der Lärm und die Neigung der Kontaktflächen zur Kaltverschweißung beachtlich verringert werden. Besonders in Verbindung mit der schon erwähnten sechsphasigen Brückenschaltung mit aufgelöstem Sternpunkt ergeben sich auch bei großer Gleichspannung, wie beispielsweise 500 bis 1000 V, mechanische Gleichrichter mit sehr geringen mechanischen Bewegungen der Kontaktanordnungen. Dabei wird bei abnehmendem Exzenterhub die Baulänge der Blattfeder 9 bzw. 9' immer kürzer. Bei kleinem notwendigem Kontakthub ist es unter Umständen auch möglich, den Stößelkopf 3 statt durch ein mechanisches Exzentergetriebe direkt magnetisch anzutreiben. Zu dem Zweck kann beispielsweise der Hub des Stößelkopfes 3 zwischen zwei Anschlägen von etwa 0,5 bis 1 mm Abstand begrenzt werden. Die Blattfederpakete 4 und 5 können den Stößelkopf gegen den oberen Anschlag drücken, und eine auf den Stößelkopf 3 einwirkende Magnetkraft kann letzteres während der Schließzeit der Kontakte in der Zeichnung gegen den unteren Anschlag ziehen. Die Ausführung der Blattfeder nach der Erfindung hat noch den weiteren Vorteil, daß sich die Kontaktbrücke 1 sehr einfach auswechseln läßt, nämlich dadurch, daß man mit einem dazu hergestellten Werkzeug die Blattfeder 8 etwas anhebt. Damit die Blattfeder 8 keine Oberschwingungen macht und damit sie gegen Beschädigungen durch vorübergehend auftretende Lichtbogen geschützt wird, kann man sie mit einer geeigneten dämpfenden Schutzmasse überziehen. Die Druckstücke 10 und 10' können beispielsweise aus Keramik, hitzebeständigen Kunststoffen, glimmerhaltigen Preß stoffen oder Asbestformstücken hergestellt werden. Man wählt für sie zweckmäßigerweise einen Stoff mit großer Innendämpfung, um noch eine zusätzliche Sicherheit gegen das Prellen der Kontaktbrücke zu erreichen.The low impact mass that the spring construction described gives leeway in the dimensioning of the contact bridge I ₁ to increase electrical conductivity. A further reduction in the impact mass can be achieved in that the contact bridge 1 is made of light metal, for example aluminum, or copper and that the contact material required in each case, eg. B. silver, silver-nickel, silver-tungsten and the like, rolled on in a thin layer. In the case of the very high amperage mechanical converters of the present type, a contact pressure of the order of 100 kg or more is required. The contact bridge is so easily accessible from above that it can be blown with compressed air, for example, from above and thereby cooled. The precise guidance of the contact bridge makes it possible to reduce the eccentric stroke of the drive to less than 1 mm, which considerably reduces all mechanical stresses on the gear unit and the spring, as well as the noise and the tendency of the contact surfaces to cold weld. Particularly in connection with the already mentioned six-phase bridge circuit with a resolved star point, mechanical rectifiers with very low mechanical movements of the contact arrangements result, even with a high DC voltage, such as 500 to 1000 V, for example. The overall length of the leaf spring 9 or 9 'becomes shorter and shorter as the eccentric stroke decreases. If the contact stroke required is small, it may also be possible under certain circumstances to drive the plunger head 3 directly magnetically instead of by a mechanical eccentric gear. For this purpose, for example, the stroke of the ram head 3 between two stops can be limited by a distance of about 0.5 to 1 mm. The leaf spring assemblies 4 and 5 can press the plunger head against the upper stop, and a magnetic force acting on the plunger head 3 can pull the latter against the lower stop during the closing time of the contacts in the drawing. The design of the leaf spring according to the invention has the further advantage that the contact bridge 1 can be exchanged very easily, namely by lifting the leaf spring 8 slightly with a tool made for this purpose. So that the leaf spring 8 does not produce any harmonics and so that it is protected against damage from temporary arcs, it can be covered with a suitable damping protective compound. The pressure pieces 10 and 10 'can be made of ceramic, heat-resistant plastics, mica-containing pressed materials or asbestos fittings, for example. It is advisable to choose a material with high internal damping for them in order to achieve additional security against bouncing of the contact bridge.

Claims

Patent claims:

1. Pressure contact with double break for mechanical converters of high amperage, z. B. 10000 A, in which a single movable contact bridge with the assistance of a spring two fixed contact pieces working together and in which this spring applies the full contact pressure supplies and does not lead working current, characterized in that a leaf spring the Contact bridge presses against the contact pieces.

2. Pressure contact according to claim 1, characterized in that the leaf spring is divided in such a way that the prescribed contact pressure is ensured for each of the fixed contact pieces.

3. Pressure contact according to claim 1 or 2, characterized in that the head of the leaf spring is thermally isolated from the contact bridge.

4. Pressure contact according to claim 1 or the following, characterized in that the leaf spring especially on the head with the smallest possible mass.

5. Pressure contact according to claim 1 or the following, characterized in that the leaf spring is thickened at the clamping point and ground down to its resilient part without notches to the necessary spring thickness.

6. Pressure contact according to claim 1 or the following for mechanical converters, in which a The plunger actuates the contact, characterized in that the clamping point of the leaf spring performs the same reciprocating motion as the ram.

7. Pressure contact according to claim 1 or the following, characterized in that the pressure of the

Leaf spring is articulated on the contact bridge.

8. Pressure contact according to claim 1 or the following, characterized in that the leaf spring made of non-magnetic and / or heat-resistant material, e.g. B. Beryllium — copper or beryllium— Nickel, is made.

9. Pressure contact according to claim 1 or the following, characterized in that the eccentric stroke is smaller than 2 mm.

10. Pressure contact according to claim 1 or the following for use for mechanical power converters in six-phase bridge circuit, especially with a resolved star.

Considered publications:
German patent specifications No. 549 661, 868 323,
990;

Swiss patent specification No. 226 773.

1 sheet of drawings