DE1150735B - Elektrischer Druckgasschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Druckgasschalter mit einem beweglichen Kontakt, der so eingerichtet ist, daß er von einem mit ihm zusammenwirkenden Kontakt durch Anwendung von Luft- oder Gasdruck getrennt wird.

Bei einer bekannten Ausführungsform eines elektrischen Druckgasschalters sind die Kontakte innerhalb einer Flammbogenkammer angeordnet, welcher — wenn der Stromkreis unterbrochen werden soll — durch Öffnen eines Ventils Druckluft oder Druckgas zugeführt wird, wobei diese Druckluft oder das Druckgas die Trennung der Kontakte bewirkt, indem ein auf den Kontaktabstand gerichteter Gasstrom erzeugt wird.

Dabei hat der bewegliche Kontakt das Bestreben, sich von dem mit ihm zusammenwirkenden Kontakt zu trennen, sobald der Gasdruck innerhalb der Kontaktkammer einen vorherbestimmten Wert übersteigt, welcher der Vorspannungskraft entspricht, die den beweglichen Kontakt zwangläufig mit dem mit diesem zusammenwirkenden Kontakt zum Eingriff bringt. In der Praxis ist der Betriebsdruck erheblich größer als der der erwähnten Vorspannungskraft entsprechende Wert, so daß sich eine zwangläufige Trennung der Kontakte ergibt. Da jedoch der auf den Kontakt einwirkende Druck eine bestimmte Zeit benötigt, um auf den Betriebswert anzusteigen, neigen die Kontakte dazu, sich bereits zu trennen, wenn der Luftdruck ein geringeres, der Vorspannungskraft entsprechendes Maß erreicht, welches ausreicht, um die Vorspannung zu überwinden. Es tritt also eine anfängliche Trennung der Kontakte unter Einwirkung einer verhältnismäßig geringen Differentialkraft bei entsprechend langsamer Beschleunigung der Trennung ein. Infolgedessen wird die Unterbrecherleistung eines solchen Druckgasschalters herabgesetzt.

Es ist bereits ein elektrischer Druckgasschalter mit einem beweglichen Kontakt bekannt, der so eingerichtet ist, daß er von einem mit ihm zusammenwirkenden festen Kontakt mittels eines verschieblichen Kolbens getrennt wird, welcher durch Gasdruck bewegbar und mit dem beweglichen Kontakt durch Mittel verbunden ist, die bei Anwendung von Druck auf den Kolben eine anfängliche Relativbewegung zwischen dem Kolben und dem beweglichen Kontakt zulassen. Bei den bisherigen Ausführungsformen elektrischer Druckgasschalter dieser Bauart war indessen der erwähnte Kolben nur mit verhältnismäßig geringer Masse gestaltet sowie in einem aus Zahnrädern und Verbindungsgliedern bestehenden System eingebaut, das seme kinetische Energie, ehe dieselbe auf den beweglichen Kontakt zur Wirkung kam, verbrauchte.

Elektrischer Druckgasschalter

Anmelder:

Associated Electrical Industries (Rugby)
Limited, London

Vertreter: Dr. M. Herzfeld, Patentanwalt,

Düsseldorf, Kreuzstr. 32

Beanspruchte Priorität:

_Lr Großbritannien vom 8. November 1956 und 8. Februar 1957 (Nr. 34176 und Nr. 4432)

Albert Roxburgh, London,
und Albert Leigh, Kenton, Middlesex

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

Ein solcher elektrischer Druckgasschalter wird erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß der erwähnte Kolben, der eine beträchtliche Masse besitzt, um die auf ihn wirkende Verschiebungskraft unmittelbar auszunutzen, von einer Verlängerung des beweglichen Kontakts getragen wird, derart, daß, nachdem die Relativbewegung zwischen dem Kolben und dem beweglichen Kontakt beendet ist, der schwere Kolben an einem Teil dieser Verlängerung, die mit dem beweglichen Kontakt starr verbunden ist, mit erheblichem Aufprall angreift. Auf diese Weise wird auf den beweglichen Kontakt eine beträchtliche mechanische Kraft übertragen, so daß die Geschwindigkeit der Trennung der Kontakte entsprechend groß ist.

Bei praktischer Ausführung einer solchen Anordnung kann der bewegliche Kontakt zweckmäßig mit einem langgestreckten stabförmigen Glied verbunden sein, das sich in einem Luftzylinder lose durch einen in dem Zylinder befindlichen Kolben hindurch erstreckt, wobei eine Vorspannungseinrichtung vorgesehen ist, die dazu dient, den Kolben in dieselbe Richtung zu lenken, in welcher sich das Kontaktglied bei Schließung des Kontakts bewegt. Dabei wird der Kolben mit einem bestimmten Spiel oder mit bestimmtem Leergang in bezug auf ein Widerlager ein-

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gestellt, das von dem innerhalb des Zylinders befindlichen Kontaktglied getragen wird, mit welchem der Kolben in Eingriff gelangt, wenn dieser unter steigendem Gasdruck im Leergang bewegt wird.

Der stromunterbrechende Kontakt kann zweckmäßig mit Hilfe von Federeinrichtungen vorgespannt sein.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise und schematisch veranschaulicht. Fig. 1 und 2 zeigen die beiden Ausführungsformen jeweils im Schnitt.

Gemäß Fig. 1 ist ein Trennschalter der Bauart veranschaulicht, in welcher ein beweglicher Kontakt 1 mit einem fest angebrachten düsenförmigen Kontakt 2 zusammenwirkt, wobei diese Kontakte innerhalb einer Kontaktkammer angeordnet sind, die aus einem röhrenförmigen Isolierglied 3 besteht, an dessen einem Ende der düsenförmige Kontakt 2 mit Hilfe einer Klemmenvorrichtung 4 fest angeschlossen ist. Das andere Ende der Kontaktkammer 3 wird durch eine Metallkonstruktion 5 gestützt, die z. B. in im allgemeinen bekannter Weise an dem oberen Ende einer (nicht dargestellten) röhrenförmigen Isoliersäule befestigt werden kann, wobei die.se Säule gleichzeitig dazu dient, einer Einlaßöffnung 6 unter Steuerung durch ein am Fuß der Isoliersäule befindliches Luftventil Druckluft zuzuführen. An der Konstruktion 5 ist ein Zylinder 7 befestigt, dessen linkes Ende mit der Kontaktkammer 3 durch Öffnungen, wie bei 8 veranschaulicht, in Verbindung steht. Das rechte Ende des Zylinders ist bei 9 zur Atmosphäre hin offen. Der bewegliche Kontakt 1 wird durch eine Stange 10 getragen, die innerhalb eines federnden Sitzschalters 11 verschieblich ist, welcher von einem von dem linken Ende des Zylinders 7 ausgehenden zylindrischen Metallglied 12 gehalten wird, wobei der erwähnte Sitzschalter 11 zwischen der Kontaktstange 10 und der Konstruktion 5 eine elektrische Verbindung herstellt. An der Stange 10 ist eine Druckplatte 13 befestigt, die mittels einer zwischen dieser Platte 13 und dem rechten Ende des Zylinders 7 zur Einwirkung gelangenden Druckfeder 14 in die in der Zeichnung veranschaulichte Position gelenkt wird, in welcher der Kontakt geschlossen ist.

In dem Zylinder 7 ist ein Kolben 15 untergebracht, der gegenüber dem benachbarten Ende der Stange 10 frei verschieblich ist. Dieser Kolben wird durch eine Hilfsdruckfeder 16 zwangläofig von der Druckplatte 13 weggedrängt, so daß in der veranschaulichten geschlossenen Stellung des Kontakts 2 der Kolben durch einen beträchtlichen Abstand von der Scheibe getrennt ist.

Beim Betrieb der Einrichtung wird die durch die Öffnung 6 in die Kontaktkammer 3 einströmende Druckluft ebenfalls dem linken Ende des Kolbens 15 zugeführt, so daß, wenn der Druck bis zu einem Wert ansteigt, der genügt, um die Kraft der Hilfsfeder 16, die — bezogen auf die Kraft der Feder 14 — nur gering ist, zu überwinden, der Kolben 15 beginnt, sich nach rechts zu bewegen, jedoch anfänglich keine Bewegung der Stange 10 verursacht. Die Kontakte bleiben daher geschlossen, ohne daß eine trennende Kraft auf sie ausgeübt wird, bis der Leergang zwischen dem Kolben 15 und der Platte 13 durch Eingriff der rechten Seitenfläche des Kolbens mit der erwähnten Platte aufgehoben ist. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der Kolben 15 mit einer beträchtlichen mechanischen Energie. Dabei ist seine Masse in bezug auf das Maß des Anwachsens des Luftdrucks derart ausgebildet, daß ein Aufprall auf die Platte 13 bewirkt wird, der hinreicht, um die Kraft der Feder 14 zu überwinden und somit eine zuverlässige Trennung des Kontakts 1 von dem Kontakt 2 herbeizuführen. Während dieses Vorgangs erhöht sich der Luftdruck innerhalb der Kontaktkammer und des linken Endes des Zylinders 7, so daß der Kolben 15 daher seine Bewegung fortsetzt, um die Trennung des Kontakts 1 von

ίο dem Kontakt 2 zu vollenden.

Um die während des Aufpralls auf die Glieder 15 und 13 ausgeübte Belastung zu begrenzen, können geeignete federnde Einrichtungen, wie z. B. eine Scheibenfeder oder ein Gummipuffer, verwendet werden. In der Zeichnung ist bei 17 ein Gummipuffer dargestellt, der — beispielsweise durch Verkitten — an der Platte 13 befestigt ist. Es ist dabei zu verstehen, daß im allgemeinen das Maß der Rückfederung normalerweise auf dasjenige Maß beschränkt wird, welches gerade ausreicht, um zu verhindern, daß die Stoßbeanspruchungen die gewünschten Werte übersteigen, und zwar mit der Absicht, daß die Energieübertragung von dem Kolben 15 auf die Platte 13 in möglichst kurzer Zeit durchgeführt wird, um die größtmögliche Kontaktbeschleunigung zu bewirken. In manchen Fällen kann das den Metallteilen von Natur aus innewohnende Federungsvermögen schon genügen, um die Beanspruchungen zu beschränken.

In Fig. 2 der Zeichnungen ist eine Anordnung veranschaulicht, die — wie vorstehend erwähnt — weitere Kontakte enthält. Die Anordnung umfaßt eine Kontaktkammer, die aus einem röhrenförmigen Isolierglied 21 besteht, dessen eines Ende z. B. mittels eines Klemmringes 21a mit einer leitfähigen Vorrichtung 22 zwecks Abstützung durch die letztere verbunden ist. Die Vorrichtung 22 ist mit Hilfe eines an ihr befindlichen Flansches 23 und eines Klemmringes 24 an dem oberen Ende einer röhrenförmigen Isoliersäule angebracht, deren oberes Ende bei 25 dargestellt ist, und die an ihrem unteren Ende in üblicher Weise montiert und mittels des üblichen Steuerventils mit einer Druckluft- oder Druckgasquelle verbunden ist. An dem von der leitfähigen Vorrichtung 22 entfernt liegenden Ende des Isoliergliedes 21 ist eine feste Kontakteinrichtung befestigt, die aus einem sich verjüngenden düsenförmigen Kontaktglied 26 besteht, das in einem Stück mit einem Flansch 27 ausgebildet ist, welcher an dem angrenzenden Ende des Gliedes 21, z. B. mittels eines Klemmrings 28, befestigt ist.

Die leitfähige Vorrichtung 22 umfaßt einen mit ihr in einem Stück ausgebildeten Zylinder 29, der sich von einer Wand 30 der Vorrichtung 22 erstreckt. In dem Zylinder 29 ist ein Kolben 32 untergebracht, der einen in einem Stück mit ihm ausgebildeten röhrenförmigen Kontakt 33 besitzt, welcher an seinem äußeren Ende mit einem den Kontakt herstellenden Teil 34 versehen ist, der so eingerichtet ist, daß er — wie in der Zeichnung dargestellt — mit der äußeren Umfangsfläche der Düse 26 zum Eingriff kommt. Der Kolben wird mit Hilfe einer Druckfeder 35 gegenüber dem Zylinder nach außen gelenkt, um die Kontaktfläche 34 mit der Düse 26 zum Eingriff zu bringen. Diese Feder 35 rastet an ihrem einen Ende in eine an der Innenfläche des Kolbens 32 befindliche Ringnut 36 ein und wird an ihrem anderen Ende von einem ringförmigen Flansch 37 an der Wand 30 gehalten.

Die Anordnung umfaßt weiterhin ein langgestrecktes, stabförmiges, bewegliches Kontaktglied 38. An der linken Seite dieses Kontaktstabes oder dieser Stange ist eine abnehmbare Kontaktspitze 40 z. B. mittels eines Schraubengewindes 41 angebracht. Diese Kontaktspitze ist derart ausgebildet, daß sie — wie aus der Zeichnung hervorgeht — mit dem inneren Ende des Düsenkontaktes 26 zum Eingriff kommt. Das Kontaktglied 38 ist in einer in dem Kolben 32 befindlichen axialen Bohrung verschieblich angeordnet und mit einem vergrößerten Kopf 42 ausgestaltet, der ein Druckglied bildet, wobei zwischen diesem Glied und der Wand 30 eine weitere Druckfeder 43 derart zur Einwirkung gelangt, daß die Kontaktspitze 40 zwangläufig zum Eingriff mit dem Düsenkontakt 26 gebracht wird. Die Feder 43 wird mittels einer Schulter 44 an dem Kopf 42 und mittels des an der Wand 30 befindlichen ringförmigen Flansches 37 gehalten.

Geeignete Luftabschlußeinrichtungen, wie z. B. die Kolbenringe 45 und 46, sind zwischen dem Kolben 32 und dem Zylinder 29 sowie zwischen dem erwähnten Kolben und der Kontaktstange 38 vorgesehen. Ebenfalls sind geeignete federnde Kontakteinrichtungen zwischen dem Zylinder und dem Kolben sowie zwischen dem Kolben und der Kontaktstange 38 vorgesehen. Wie in der Zeichnung veranschaulicht, können diese Luftabschluß- und federnden Kontakteinrichtungen kombiniert werden, d. h., die Kolbenringe 45 und 46 können derart ausgebildet sein, daß sie die Betriebsströme führen, während sie gleichzeitig den erforderlichen Kontaktdruck zwischen dem Zylinder, dem Kolben und der Kontaktstange erzeugen.

Die leitfähige Vorrichtung 22 schließt einen Einlaßraum 47 sowie einen freien Raum 48 ein, der von dem Einlaßraum durch eine Trennwand 49 getrennt ist. Der Einlaßraum 47 steht mittels eines Durchgangs 50 mit der Bohrung der Isoliersäule 25 in Verbindung sowie ferner auch mit dem Raum innerhalb des röhrenförmigen Isoliergliedes 21, und zwar mittels einer oder mehreren in der Wand 30 befindlicher Öffnungen, wie z. B. bei 51 dargestellt. Die Wandung 30 ist mit einer Öffnung 52 versehen, die den freien Austritt von Luft aus dem Innern des Zylinders 29 in den Raum 48 ermöglicht, welch letzterer mittels eines Durchgangs 53 in freier Verbindung mit der Atmosphäre steht.

Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Schalter der bekannten üb- ' liehen Bauart, der aus zwei in Reihe liegenden Unterbrecherköpfen besteht, die symmetrisch an der leitfähigen Vorrichtung 22 angebracht sind. Der in der Zeichnung rechts von der Vorrichtung 22 befindliche Unterbrecherkopf ist nur teilweise dargestellt; es handelt sich dabei jedoch um ein Spiegelbild des gezeigten Kopfes. Das röhrenförmige Isolierglied des zweiten Unterbrecherkopfes erscheint teilweise bei 21', während der darin befindliche Zylinder teilweise bei 29' dargestellt ist.

Im Betrieb halten die Druckfedern 35 und 43 normalerweise die Kontakte 33 und 40 beide im Eingriff mit der Düse 26. Bei Zufuhr von Luftdruck zu der Kontaktkammer 21 durch den Isolator 25, den Durchgang 50 und die Öffnung oder Öffnungen 51 wirkt dieser Druck derart auf den Kolben 32 ein, daß der Kontakt 33 von der Düse wegbewegt wird, wobei die relative Kraft der Federn und der dem Luftdruck ausgesetzten Bereiche der Kolbenflächen in der Weise ausgebildet ist, daß der Kontakt 33 von der Düse weggerückt wird, bevor der Kontakt 40 bewegt wird. Der Strom in dem erwähnten Kontakt 33 wird daher auf den Kontakt 40 übertragen, wobei die Kraft der Feder 43 zu diesem Zeitpunkt — wie soeben ausgeführt wurde — ausreicht, um eine Bewegung des Kontaktes 40 zu verhindern. Der Kolben 32 und der röhrenförmige Kontakt 33 setzen ihre Bewegung fort und nehmen folglich den Leergang zwischen dem Kolben und dem Kopf 44 auf, worauf ein Teil der Geschwindigkeit und der mechanischen Energie des Kolbens und des Kontaktes 33 auf das Kontaktglied 40 übertragen wird, um die zuverlässige Trennung des Kontaktes 40 von der Düse 26 zu bewirken.

Bei der Trennung der Kontakte 40 und 26 wird der zwischen ihnen auftretende Lichtbogen einem Luftstoß ausgesetzt, der sich durch die Düse 26 entlädt.

Gewünschtenfalls kann eine geeignete Rückfederung zwischen dem röhrenförmigen Kontakt 33 und der Düse vorgesehen sein, z. B. durch Anbringung einer Anzahl von Längsschlitzen, wie bei 56 in gestrichelten Linien angedeutet, in dem röhrenförmigen Kontakt 33, wobei sich diese Schlitze von dem den Kontakt herstellenden Ende 34 des erwähnten Kontaktes aus erstrecken. Um die während des Eingriffs des Kolbens mit dem stabförmigen Kontakt auf die beweglichen Teile ausgeübten Beanspruchungen einzuschränken, können geeignete federnde Einrichtungen verwendet werden, z. B. in Form einer Scheibenfeder oder eines Gummipuffers 54, der an dem Kopf 42 befestigt ist und mit einem ringförmigen Flansch 55 des Kolbens 32 zum Eingriff gelangt. In einigen Fällen kann indes das den Metallteilen von Natur aus innewohnende Federungsvermögen ausreichen, um die Beanspruchungen zu beschränken.

Es ist zu bemerken, daß der in der vorstehenden Beschreibung verwendete Ausdruck »Luft« sämtliche geeigneten Gase einschließt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Druckgasschalter mit einem beweglichen Kontakt, der so eingerichtet ist, daß er von einem mit ihm zusammenwirkenden festen Kontakt mittels eines verschiebbaren Kolbens getrennt wird, welcher durch Gasdruck bewegbar und mit dem beweglichen Kontakt durch Mittel verbunden ist, die bei Anwendung von Druck auf den Kolben eine anfängliche Relativbewegung zwischen dem Kolben und dem beweglichen Kontakt zulassen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (15, 32), der eine beträchtliche Masse besitzt, zwecks Verschiebung von einer Verlängerung (10, 38) des beweglichen Kontaktes (1, 40) getragen wird, derart, daß, nachdem die Relativbewegung beendet ist, der schwere Kolben (15, 32) an einem Teil (13, 42) dieser Verlängerung, die mit dem beweglichen Kontakt (1, 40) starr verbunden ist, mit erheblichem Aufprall angreift, wodurch auf den beweglichen Kontakt eine beträchtliche mechanische Kraft übertragen wird, so daß die Geschwindigkeit der Trennung der Kontakte entsprechend groß ist.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt mit einem langgestreckten stabförmigen Glied (10, 38) verbunden ist, das sich in einem Luftzylinder

lose durch einen in dem Zylinder befindlichen Kolben (15, 32) hindurch erstreckt, wobei eine Vorspannungseinrichtung (16) vorgesehen ist, die dazu dient, den Kolben in dieselbe Richtung zu lenken, in welcher sich das Kontaktglied bei Schließung des Kontaktes bewegt, wobei der Kolben mit einem bestimmten Spiel oder mit bestimmtem Leergang in bezug auf ein Widerlager (13, 42) eingestellt wird, das von dem innerhalb des Zylinders befindlichen Kontaktglied, getragen wird, mit welchem der Kolben in Eingriff gelangt,

wenn dieser durch die Zufuhr von Gasdruck zwecks Aufnahme des Leergangs bewegt wird.

3. Druckgasschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der stromunterbrechende Kontakt mit Hilfe von Federeinrichtungen vorgespannt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 570479, 572812, ίο 588 693, 596 874, 643 304 , 651591, 655480, 660394.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen