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Elektrischer Schalter, insbesondere Leistungsschalter, dessen feststehendes
Schaltstück Wälzkörper aufweist Das feststehende Schaltstück von elektrischen Schaltern,
insbesondere von Leistungsschaltern, wird vielfach von Kontaktfingern gebildet,
die durch Federn gegeneinandergedrückt werden. Durch das beim Einschalten zwischen
die Kontaktfinger tretende Schaltstück werden die Kontaktfinger auseinandergedrückt.
Dadurch wird der erforderliche Kontaktdruck aufgebracht. Da die Stromtragfähigkeit
des Schaltstückes wesentlich durch die Kontaktkraft bestimmt wird, ist man bestrebt,
den Kontaktdruck möglichst hoch zu wählen. Dadurch entstehen aber beträchtliche
Reibungskräfte, die am Ende des Einschaltvorganges und beim Beginn des Ausschaltvorganges
vom Antrieb überwunden werden müssen.
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Es ist ferner bekannt, das feststehende Schaltstück eines Leistungsschalters
mit Wälzkörpern zu versehen, die den Strom auf das bewegliche Schaltstück übertragen.
Bei der bekannten Anordnung sind die Wälzkörper in Bewegungsrichtung des beweglichen
Schaltstückes festgelegt. Deshalb ergibt sich bei der Schaltbewegung nur zwischen
dem beweglichen Schaltstück und den Wälzkörpern selbst eine rollende Reibung. Zwischen
den Wälzkörpern und dem weiteren Teil des feststehenden Schaltstückes liegt dagegen
ebenso wie bei den bekannten Fingerkontakten eine gleitende Reibung vor. Die Wälzkörper
des bekannten Schaltstückes bringen deshalb nur eine geringfügige Verringerung der
Reibungskräfte. Hinzu kommt, daß bei dem bekannten Schaltstück die Kontakttrennung
zwischen dem beweglichen Schaltstück und den Wälzkörpern erfolgt. Die dabei unvermeidlichen
Lichtbogenerscheinungen beeinträchtigen die Oberfläche der Wälzkörper und führen
zu einer weiteren Erhöhung des Reibungswiderstandes.
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Bei einem anderen Schalter hat man die Wälzkörper des feststehenden
Schaltstückes zwar an federnden Kontaktfingern derart gelagert, daß sie bei der
Schaltbewegung auf den Kontaktfingern abrollen. Auch bei diesem Schalter kann aber
die Rollbewegung der Wälzkörper durch Abbranderscheinungen beeinträchtigt werden,
die der beim Schalten unvermeidliche Lichtbogen an den Wälzkörpern hervorruft.
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Die Erfindung befaßt sich ebenfalls mit einem elektrischen Schalter,
dessen feststehendes Schaltstück Wälzkörper aufweist, die an federnden Kontaktfingern
gelagert sind und bei der Schaltbewegung auf den Kontaktfingern abrollen. Gemäß
der Erfindung werden die Kontaktfinger beim Abrollen der WälzkÖrper derart relativ
zueinander bewegt, daß die erste Berührung beim Einschalten und die letzte Berührung
beim Ausschalten zwischen dem beweglichen Schaltstück und den Kontaktfingern erfolgt.
Dadurch ist sichergestellt, daß die Wälzkörper durch einen Lichtbogen nicht angegriffen
werden können. Sie behalten ihre gewünschte glatte Oberfläche, und der Rollwiderstand
bleibt klein. Die kurzzeitige gleitende Reibung kurz vor der galvanischen Trennung
der Schaltstücke beim Ausschalten und kurz nach der ersten Berührung beim Einschalten
erfordert nur kleine Antriebskräfte, weil die kinetische Energie des beweglichen
Schaltstückes mit zur Überwindung der Reibungskräfte beiträgt. Bei dem zuletzt erwähnten
bekannten Schalter erfordert dagegen ein außer dem Rollenkontakt vorgesehener Gleitkontakt
eine zur Überwindung der Reibung notwendige Kraft gerade beim Beginn des Ausschaltvorganges,
also dann, wenn auch die größte Kraft für die Beschleunigung des beweglichen Schaltstückes
benötigt wird.
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Die Kontaktfinger kann man mit Vorteil an ihrem dem beweglichen Schaltstück
zugekehrten Ende gegeneinander abwinkeln. Dadurch wird mit geringem Materialaufwand
eine gute Abdeckung der Wälzkörper erreicht. Den abgewinkelten Teil der Kontaktfinger
kann man in bekannter Weise mit Auflagen aus einem lichtbogenfesten Material versehen.
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Der gewünschte Bewegungsverlauf der Kontaktfinger beim Abrollen der
Wälzkörper kann durch eine geeignete Formgebung der Kontaktfinger erreicht werden.
Wie gefunden wurde, ist es besonders günstig, die Bahn der Wälzkörper auf den Kontaktfingern
zu krümmen. Die Krümmung wird so gewählt.
daß die Kontaktfinger
nach dem Auftreffen des beweglichen Schaltstückes auf die Wälzkörper möglichst schnell
auseinandergeschwenkt werden.
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Zur Befestigung der Wälzkörp.-r kann man mit Vorteil Federbügel verwenden.
Die Federbügel können so ausgebildet sein, daß die Wälzkörper zugleich in die Ausschaltstellung
gedrückt werden. Zweckmäßig ist es, die Federbügel an den Kontaktfingern zu befestigen.
Um dabei einen Stromübergang über die Federn zu vermeiden, empfiehlt es sich, die
Federbügel durch Isolierstoffzwischenlagen von den Kontaktfingern oder den Wälzkörpern
elektrisch zu trennen. Es ist auch möglich, Isoherstoffzwischenlagen sowohl an den
Kontaktfingern als auch an den Wälzkörpern vorzusehen.
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Als Wälzkörper können verschiedene rotationssymmetrische Körper verwendet
werden. Beispielsweise kann man die zur Führung von beweglichen Schaltstücken an
sich bekannten Kontaktrollen verwenden. Die Rollen werden zweckmäßig so bemessen,
daß der Abstand des Angriffspunktes an dem beweglichen Schaltstück von der Achse
des Wälzkörpers größer ist als der Angriffspunkt des Wälzkörpers an den Kontaktfingern.
Dadurch kann der Weg klein gehalten werden, den die Wälzkörper beim Abrollen an
den Kontaktfingern zurücklegen. Man kann aber auch Kugeln verwenden, die in geeigneten
Käfigen geführt werden. Die Käfige kann man leicht dadurch erhalten, daß die zur
seitlichen Führung dienenden Wände über die Kugeln umgebördelt sind.
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Zur Erläuterung der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen einige
Ausführungsbeispiele beschrieben.
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In den Fig. 1 bis 6 ist der Einschaltvorgang eines nicht näher dargestellten
Schalters mit einem stiftförmigen beweglichen Schaltstück 1 und einem als
Ganzes mit 2 bezeichneten feststehenden Schaltstückes in drei Ansichten und
drei zugehörigen Schnitten gezeigt. Das feststehende Schaltstück besteht aus drei
um 120° gegeneinander versetzten Kontaktfingers 3, 4, 5 (Fig. 4). Die Kontaktfinger
werden durch Federringe 6 und 7, die von Spiralfedern gebildet werden,
gegen ein Tragstück 8 gedrückt, das mit einer Schraube 9 an feststehenden
Teilen des Schalters angeschraubt ist. Das Tragstück besitzt einen Flansch
11, der in eine Ausnehmung 12 der Kontaktfinger eingreift. An dieser
Stelle erfolgt der Stromübergang von den Kontaktfingern zu dem Tragstück.
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Die Federn 6 und 7 sitzen in Ausnehmungen
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und 14 auf der einander abgekehrten Seite der Kontaktfinger. Sie
drücken die Kontaktfinger gegeneinander. Der Querschnitt der Kontaktfinger ist etwa
T-förmig (Fig.2). Die einander abgekehrte Seite ist breiter ausgeführt als der Steg
15, auf dem die Kontaktrollen 16, 17 und 18 abrollen. Dadurch
erhalten die Federn eine große Auflagefläche.
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Die Kontaktrollen 16, 17 und 18 haben die in Fig. 2
ersichtliche Form. Ihr Querschnitt bildet etwa ein Doppel-T. Sie weisen eine Bohrung
20 auf. In die Bohrung greifen die beiden Enden der Schenkel 21 und 22 eines
U-förmigen Federbügels. Der Steg des Federbügels ist in eine Ausnehmung
24 der Kontaktfinger eingehängt. Die Enden der Federbügel sind in einer Isolierstoffhülse
25 geführt. Die Feder ist damit elektrisch von den Wälzkörpern getrennt.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung erfolgt die erste Berührung
zwischen dem beweglichen Schaltstück 1 und dem feststehenden Schaltstück 2. Diese
Berührung kommt zwischen dem beweglichen Schaltstück und den Kontaktfingern zustande.
Ein Vorüberschlag erfolgt deshalb auch zu den Kontaktfingern 2. Die Wälzkörper bleiben
davon unberührt.
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In Fig. J ist gezeigt, wie der Schaltstift 1 die Wälzkörper
berührt. Bei dieser Berührung können keine die Oberfläche beeinträchtigenden Entladungen
auftreten, da gleichzeitig noch die Kontaktfinger mit dem Schaltstift in Berührung
stehen. Die Wälzkörper rollen nunmehr auf den Kontaktfingern ab. Sie werden dabei
durch den Steg 15 der Kontaktfinger seitlich geführt. Beim Abrollen spreizen sie
die Kontaktfinger auseinander. Dies wird dadurch erreicht, daß die Bahn der Wälzkörper
auf dem Steg 15 gekrümmt ist.
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In Fig. 5 ist die Endstellung der Einschaltbewegung gezeigt. Die Wälzkörper
haben ihre unterste Lage erreicht. Dabei sind die Federbüge123 gespannt worden.
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Beim Ausschalten folgen die Wälzkörper deshalb dem Schaltstift so
weit nach, bis sie das obere Ende der Kontaktfinger erreichen. Danach kommen die
Kontaktfinger wieder mit dem beweglichen Schaltstück in Berührung. Die dabei auftretende
gleitende Reibung ist unbedeutend. Das bewegliche Schaltstück wurde nämlich zusammen
mit den mit ihm verbundenen Schalterteilen bis zu diesem Zeitpunkt bereits beschleunigt.
Seine kinetische Energie trägt dazu bei, daß die gleitende Reibung ohne weiteres
überwunden wird. Da bis zur letzten Berührung stets ein einwandfreier Kontakt zwischen
dem feststehenden Schaltstück und dem beweglichen Schaltstück besteht, erfolgt die
Ausschaltbewegung bis zur Trennung zwischen dem beweglichen Schaltstück und den
Kontaktfingern lichtbogenfrei. Ein Lichtbogen entsteht erst, wenn das bewegliche
Schaltstück die Kontaktfinger verläßt. Dieser Lichtbogen brennt zu den Kontaktfingern
und kann die Wälzkörper nicht beschädigen.
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In den Fig. 7 und 8 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
bei der Kugeln als Wälzkörper verwendet werden. Bei dieser Anordnung sind vier Kontaktfinger
40, 41, 42 und 43 vorgesehen. Die Kontaktfinger werden ebenso wie
bei dem vorher geschilderten Ausführungsbeispiel durch zwei Federn 45 und
46 gegeneinandergedrückt. Die Kontaktfinger besitzen jedoch im Gegensatz
zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel keinen Steg. Statt dessen weisen sie zwei
zur Führung der Kugeln 47, 48, 49 und 50 dienende Seitenwände 40 a, 40
b, 41 a, 41 b, 42 a, 42 b,
43 a und 43 b auf. Die Seitenwände
sind an ihren äußeren Enden umgebördelt. Die Kugeln werden somit in den Kontaktfingern
gehalten. Ein Herausfallen der Kugeln nach unten wird durch den Ansatz 52 des Tragstückes
53 verhindert. Bei der Montage werden zunächst die Kugeln in die Kontaktfinger eingeführt,
bevor diese an dem Tragstück befestigt werden.
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Die Fig. 7 zeigt, daß man das Tragstück entweder selbst mit einem
Gewinde 55 versehen kann, mit dem es in ein feststehendes Schalterteil eingeschraubt
wird, oder aber mit einer Bohrung 56, durch die eine Schraube 57 zur Befestigung
gesteckt wird.
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Die Wirkungsweise der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Anordnung
entspricht der vorher an Hand der Fig. 1 bis 6 beschriebenen Wirkungsweise. Beim
Einschalten erfolgt die Berührung zunächst an dem abgewinkelten Teil 60 der
Kontaktfinger. Diese sind dort mit Ansätzen 61 aus lichtbogenfestem Material versehen.
Danach werden die Kontaktfinger bei der
Bewegung der Kugeln auseinandergespreizt,
weil die Lauffläche der Kugeln gekrümmt ist. Beim Ausschalten erfolgt die Trennung
zwischen den Kontaktfingern und dem beweglichen Schaltstück. Die Kugeln bleiben
damit unbeeinflußt von Lichtbogenwirkungen.