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Kontaktanordnung für Starkstromschalter Es ist bereits bekannt, an
Stelle von Gleitkontakten Rollkontakte zu verwenden, die dauernd mit dem beweglichen
Schaltstück in Verbindung stehen; sie werden im folgenden daher als Dauerkontakte
bezeichnet. Als Trennkontakte, die den Hauptstrom führen müssen, werden meist sogenannte
Tulpen-oder Fingerkontakte verwendet; unabhängig von ihrer besonderen Ausführungsform
werden sie im folgenden als Hauptkontakte bezeichnet. Daneben verwendet man in der
Schaltertechnik auch noch Abreißkontakte, die so lange den Stromübergang aufrechterhalten,
bis der Hauptkontakt geöffnet hat; diese Kontakte werden im folgenden als Nachlaufkontakte
bezeichnet. Die Fingerkontakte oder Tulpenkontakte haben den Nachteil, daß von der
Einschaltstellung bis zur Kontakttrennung meist ein Weg von mehreren Zentimetern
durchlaufen werden muß, zudem ist die Reibung meist recht erheblich. Für Düsenkontakte,
wie sie für Preßgasschalter oder Ölströmungsschalter zur Anwendung gelangen, sind
Fingerkontakte ungeeignet, da die Kontaktfläche von den Lichtbogenfußpunkten zerstört
wird und auch eine ungewollte Strömung zwischen den einzelnen Fingerkontakten auftreten
kann. Man verwendet daher für solche Schalter vornehmlich reine Druckkontakte. Um
eine genügende Kurzschlußfestigkeit zu erzielen, sind hohe. Kontaktdrücke von 100
kp und mehr notwendig, die meist durch kräftige Federn erzeugt werden. Beim Ausschalten
muß nun die Gegenkraft dieser Kontaktfedern überwunden und noch zusätzliche Energie
für die Beschleunigung der bewegten Massen aufgebracht werden, was schwere Antriebe
ergibt.
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Die Erfindung hat zum Ziel; diese Nachteile zu vermeiden. Sie bezieht
sich auf eine Kontaktanordnung für Starkstromschalter mit einer feststehenden Stromzuführung,
die über elektrisch gut leitende Rollen mit dem beweglichen Schaltstück verbunden
ist, und besteht darin, daß die feststehenden Stromzuführungen über die Rollen in
der Einschaltstellung Druckkomponenten auf das bewegliche Schaltstück in Richtung
der Einschaltbewegung erzeugen, die kurz nach Beginn der Ausschaltbewegung zu Null
werden. Beim Ausschalten dieser Anordnung muß nur während eines kleinen Bruchteiles
des Ausschaltweges eine Arbeit geleistet werden; die Ausschaltarbeit beträgt daher
nur einen geringen Bruchteil gegenüber derjenigen bei den üblichen Schaltern mit
Einschaltfedern.
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Bei sogenannten Steckkontakten für ausfahrbare Schalteinheiten ist
es bekannt, den Druck zwischen beweglichen Rollkontakten und einem gabelförmigen,
feststehenden. Kontaktstück durch ein System von Keilen, Rollen und Hebeln zu verstärken.
Hierbei wird der Druck jedoch nicht von feststehenden Stromzuführungen, sondern
durch die beim Einschieben des gesamten beweglichen Systems ausgeübte Kraft erzeugt.
Außerdem können derartige Kontaktanordnungen nur stromlos betätigt werden; sie sind
daher für Schalterkontakte, mit denen sich die Erfindung befaßt, unbrauchbar: Das
Wesen der Erfindung wird an Hand des Ausführungsbeispiels der Fig.1 bis 3 erläutert,
während die Fig. 4, 5 und 6, 7 zwei weitere Ausführungsformen der Eifindung darstellen.
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In Fig. 1 bedeutet 1 den feststehenden Stromanschluß, 3 sind Kontaktfedern
aus elektrisch, gut leitendem Material, z. B. Kupferlegierung, die an ihrem einen
Ende je eine träpezförrnige Nut 4 aufweisen; 5 ist das bewegliche Schaltstück, das
mit einer entsprechenden Nut 6 versehen ist. In dem Zwischenraum zwischen der Nut
4 und der Nut 6 sind Rollen 7 angeordnet, die von einem Käfig 8 gehalten werden;
9 ist der feststehende Düsenkontakt. Fig. 2 stellt einen Schnitt an der Stelle 11-II
der Fig, 1 dar. Die Bezugszahlen entsprechen denen der Fig. 1..
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Um die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1 besser erläutern zu
können, ist die Kontaktanordnung in Fig. 3 in größerem Maßstab gezeichnet. Die Kontaktfeder
3 drückt im Punkt A mit der Kraft F auf die Rolle 7. Die gleiche Kraft wirkt im
Punkt B auf das bewegliche Schaltstück 5. Sie kann in eine axiale Komponente F1
und eine radiale Komponente F2 zerlegt werden. Die Summe aller axialen Kräfte F1
ergibt die auf das Schaltstück in der Einschaltrichtung wirkende Gesamtkraft, die
ihrerseits an der Stelle C
den Kontaktdruck für den Hauptkontakt
erzeugt. Beim Ausschalten muß nur so lange Arbeit geleistet werden, bis die Rollen
7 aus den Nuten 4 und 6 herausgehoben sind; von dann ab bleibt nur noch eine rein
rollende Reibung übrig. Versuche haben z. B. ergeben, daß bei einer Gesamtkontaktlast
von 50 kp für das Ausschalten über beliebig großen Weg nur etwa 9 cmkp notwendig
sind. Dies entspricht im wesentlichen der Hubarbeit, um die Rollen aus den Nuten
4 und 6 herauszudrehen. Der Reibungswiderstand bei der reinen Rollbewegung beträgt
etwa 0,25 kp.
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In Fig.4 und 5 ist eine Kontaktanordnung dargestellt, die bei noch
wesentlich kleinerer Ausschaltarbeit trotzdem sehr hohe Kurzschlußfestigkeit aufweist.
Fig.5 stellt einen Schnitt längs der Ebene V-V in Fig. 4 dar. Es bedeutet 11 den
Anschluß, 12 die Kontaktfedern, die über einen größeren Teil ihrer Länge nahe nebeneinanderliegen;
13 sind die Rollen, 14 das bewegliche Schaltstück und 15 das feststehende Schaltstück.
Im Gegensatz zu den Kontaktfedern bei der Anordnung gemäß Fig. 1 sind die Kontaktfedern
12 wesentlich schwächer ausgebildet. Sie erzeugen auf Grund ihrer Elastizität über
die Rollen 13 einen Kontaktdruck zwischen den Kontakten 14 und 15, der bis etwa
zum doppelten Nenn-Strom ausreichend ist. Bei noch größerem Strom erhöhen die durch
die gleichgerichteten Ströme in den Kontaktfedern erzeugten dynamischen Kräfte,
die sich über die Rollen 13 auf das bewegliche Schaltstück 14 übertragen, den Kontaktdruck
zusätzlich ganz erheblich. Bei einer ausgeführten Anordnung betragen z. B. die elastischen
Kräfte, erzeugt durch die Kontaktfedern 12, etwa 2 kp je Kontaktfeder; durch die
dynamische Einwirkung ergeben sich für beispielsweise 7000 A je Kontaktfeder zusätzlich
weitere 20 kp, so daß bei 70 kA und 10 Kontaktfedern ein totaler Kontaktdruck von
über 200 kp entsteht. Die Ausnutzung der elektrodynamischen Kräfte hat allerdings
zur Folge, daß die Ausschaltkraft in der Umgebung der Stromamplitude stark vergrößert
wird. Dies kann aber insbesondere bei Synchronschaltern auch von Vorteil sein.
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In Fig. 6 und 7 ist eine Kontaktanordnung mit Nachlaufkontakten dargestellt,
bei der die Ausschaltarbeit annähernd Null ist, wobei trotzdem hohe Kurzschlußfestigkeit
erreicht wird. Es bedeutet 21
den Anschluß, 22 kräftige, jedoch in erheblichem
Abstand voneinander angeordnete Kontaktfedern, 23 die Kontaktrallen, die von dem
Käfig 24 gehalten werden, 25 das beweglicher Schaltstück. 26 sind die Rollen des
Hauptkontaktes, die über die speichenförmigen Federn 27 (s. Fig. 7, die einen Schnitt
längs der Ebene VII-VII der Fig. 6 darstellt) gegen den zylindrischen Mantel des
beweglichen Schaltstückes 25 gepreßt werden. Die Nachlaufkontakte 28 werden über
die Federn. 29 auf die Abbrennkuppe 30 des beweglichen Schaltstückes 25 gedrückt.
Die Nuten 31 und 32 in den Kontaktfedern 22 und im beweglichen Schaltstück 25 sind
nun so flach gehalten, daß der über die Rollen 23 erzeugte, in Richtung der Einschaltbewegung
wirkende Gesamtdruck P1 gerade etwas größer als der Gesamtdruck P2 der Nachlaufkontakte
28 ist. Beim Ausschalten ist lediglich der Differenzdruck Pl-Pz zu überwinden, dessen
Größe nur durch die Einschaltsicherheit bestimmt ist: Um jeglichen Abbrand an den
Rollen 26 zu vermeiden; muß der Nachlaufkontakt 28 mit der Abbrandkuppe 30 so lange
in Berührung bleiben, bis die galvanische Trennung zwischen dem beweglichen Schaltstück
25 und den Rollen 26 erfolgt ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, den erforderlichen
Einschaltdruck mit Hilfe der Rollen des Hauptkontaktes zu erzeugen, wobei der bewegliche
Kontakt dann an seinem oberen Ende eine entsprechende Nut erhält. Die Anordnung
nach Fig. 6 eignet sich infolge der sehr geringen Aus- und Einschaltarbeit insbesondere
für Synchronschalter.