DE1175319B - Schalter mit in Reihe geschalteten Kontakten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 02 c

Deutsche Kl.: 21c-35/07

Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag: Auslegetag:

S 75975 VIIId/21 c
28. September 1961
6. August 1964

Die Erfindung betrifft einen Schalter mit zwei in Reihe geschalteten Kontakten, und es wird mit ihr die Aufgabe verfolgt, die Lebensdauer solcher Schalter zu vergrößern und die Schaltleistung beim Schalten von Wechselströmen zu erhöhen. Dabei wird angestrebt, die Zahl der Lichtbogen auf die Hälfte herabzudrücken und dadurch den Kontaktabbrand beträchtlich zu vermindern. Dies ist besonders wichtig, wenn die Schalter sehr häufig betätigt werden, wie dies beispielsweise bei Lastumschaltern für Lokomotiven der Fall ist. Ebenso ist dies bei häufig betätigten Schaltern in schlagwettersicherer Ausführung, die in dicht geschlossenen Gehäusen untergebracht sind, wegen der Unterdrückung des Lichtbogens von größter Bedeutung und weiter noch dort, wo wegen Raumbeschränkung der Schalter nicht beliebig groß gemacht werden kann. In einfacher und billiger Weise ist das gesteckte Ziel gemäß der Erfindung dadurch erreichbar, daß bei Schaltern mit zwei in Reihe geschalteten Kontakten, die von einem in sich starren Schaltstück überbrückt sind, mindestens ein Kontakt durch einen Gleichrichter bzw. ein Gleichrichtergerät überbrückt wird, und daß bei Überbrückung der beiden Kontakte durch je einen Gleichrichter bzw. ein Gleichrichtergerät von ausreichender Spannungsfestigkeit und Strombelastbarkeit diese in Gegenschaltung betrieben werden, und die Mitte der Gleichrichter mit dem beweglichen Schalterkontakt verbunden ist. Die verwendeten Gleichrichter kann man gegen Überspannungen weitgehend dadurch schützen, daß man in der Verbindungsleitung der in Gegenschaltung arbeitenden Gleichrichter bzw. Gleichrichtergeräte einen verzögert arbeitenden Schalter anordnet, der nach Beendigung des Schaltvorganges die Gleichrichter galvanisch voneinander trennt. Die Erfindung läßt mannigfache Abwandlungen in der Anordnung der Gleichrichter zu, ohne daß dabei vom eigentlichen Erfindungsgedanken abgegangen wird.

Bei Schaltern mit nur einem Kontakt ist es zwar bereits bekannt, zur Vermeidung von Funkenbildung in Stromkreisen mit Induktivitäten dem Kontakt Gleichrichter parallel zu schalten. Mit einer solchen Ausführung ist es nicht möglich, die Zahl der Lichtbogen auf die Hälfte herabzusetzen, um dadurch den Kontaktabbrand beträchtlich zu vermindern. Bei einer weiter bekanntgewordenen Ausführung, bei der eine Hauptkontaktstelle vorhanden ist, die aber aus zwei parallel liegenden Schaltstellen mit vorgeschalteten Gleichrichtern besteht, wird eine andere Aufgabe verfolgt, nämlich die, den Lichtbogen an den beiden Schaltstellen nicht länger als eine Halbwelle stehenzulassen. Auch mit einer Schaltanordnung, bei Schalter mit in Reihe geschalteten Kontakten

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Franz Gnegel,
Dipl.-Ing. Heinz Richter, Nürnberg

der zwar zwei in Reihe liegende Schaltstellen, die von gegengeschalteten Gleichrichtern überbrückt werden, wird eine andere Wirkung erreicht, da hier die Mitte der gegengeschalteten Gleichrichter nicht mit dem beweglichen Schalterkontakt verbunden ist. Ein gleiches gilt auch für jene einpoligen Umschalterkontakte, bei denen zur Kontaktüberbrückung Gleichrichteranordnungen in Gegentaktschaltung verwendet sind.

An Hand der Zeichnung, die in den F i g. 1 bis 10 verschiedene Ausführungsmöglichkeiten zeigt, wird die Erfindung erläutert: In Fig. 1 ist das Prinzip der Erfindung dargestellt. Dabei sind mit 1 und 2 die festen Kontakte eines Schalters bezeichnet, die in der Leitung L angeordnet sind und die durch die bewegliche, ζ. B. mittels Druckknopf D betätigbare Kontaktbrücke B im eingeschalteten Zustand in Reihe geschaltet sind. G₁ und G₂ sind Gleichrichter bzw. Gleichrichtergeräte. Der Gleichrichter G₁ ist mit dem festen Kontakt 1 und der Gleichrichter G₂ mit dem festen Kontakt 2 verbunden. Die Verbindungsleitung 3 verbindet die beiden gegengeschalteten Gleichrichter miteinander, und eine daran angeschlossene Leitung 4 stellt eine Verbindung mit der beweglichen Kontaktbrücke B her. Die Wirkungsweise der Schalteranordnung ist folgende: solange die Kontaktbrücke B geschlossen ist, fließt der Wechselstrom durch die Leitung L über die beiden Kontakte 1 und 2 und die sie überbrückende Schaltbrücke B. Wird nun die Kontaktbrücke B durch Betätigung des Schalterdruckknopfes D von den festen Kontakten 1 und 2 abgehoben, dann fließt der Strom, sofern er von links kommt, über den Gleichrichter G₁, die Leitung 4 und über den beim öffnen am Kontakt 2 entstehenden Lichtbogen. Der Kontakt 1 wird dabei infolge der Überbrückung durch den Gleichrichter G₁ lichtbogenfrei geöffnet. Der Lichtbogen am Kontakt 2 er-

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lischt im allgemeinen beim nächsten Stromnulldurchgang. Ein Wiederzünden des Lichtbogens am Kontakt 2 ist nicht möglich oder wird zumindest zeitlich um eine Halbwelle verzögert, weil der Kontakt 2 bei Spannungsumkehr nunmehr durch den Gleichrichter G₂ galvanisch überbrückt ist, eine Zündung am Kontakt 1 aber nicht möglich ist, da zwischenzeitlich die Brücke B einen genügenden Abstand vom festen Kontakt 1 erreicht hat und weil hier der Luftspalt vorher nicht ionisiert wurde. Damit bleibt infolge der Sperrwirkung des Gleichrichters G₁ der durch die Leitung L fließende Strom zunächst unterbrochen. Bei nun folgender abermaliger Phasenumkehrung ist auch am Kontakt 2 der Abstand groß geworden und dessen Schaltstrecke so weit entionisiert, daß eine Wiederzündung an dieser Stelle nicht mehr möglich bzw. unwahrscheinlich ist. Damit ist der Stromlauf gänzlich unterbrochen. Der gleiche, d.h. analoge Vorgang, jedoch umgekehrt, spielt sich ab, wenn beim Öffnen des Schalters der Strom in umgekehrter Richtung, also von rechts nach links fließt. Auch hier zeigt sich durch die Wirkung der Gleichrichter, die nur während des Schaltvorganges stromführend sind, der gleiche Vorteil, daß nämlich nur immer ein Lichtbogen am Schalter auftritt, und zwar je nach Phasenlage des Stroms am Kontakt 1 oder 2. Infolge dieser Erscheinung verteilt sich insbesondere bei großer Schalthäufigkeit der Kontaktabbrand etwa gleichmäßig auf die beiden Kontakte 1 und 2, die ohne Verwendung von Gleichrichtern nicht nur einen ungleichmäßigen Abbrand aufweisen würden, sondern vor allem einen mehr als doppelt so großen Abbrand hätten. Mit der erfindungsgemäßen Ausführung ist weiter die Gefahr der Wiederzündung nicht mehr so groß wie bisher, die bekanntlich den Abbrand noch mehr beschleunigt und die unter Umständen zur Zerstörung des Schalters führt. Außer der Erhöhung der Kontaktlebensdauer ist bei der erfindungsgemäßen Ausführung schließlich noch die Anwendung höherer Potentialspannungen und größerer Ströme ermöglicht. Dies bedeutet eine Vergrößerung der Abschaltleistung des Schalters.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel wiedergegeben, bei dem in der Verbindungsleitung 3 der beiden Gleichrichter G₁ und G₂ ein weiterer, aber gegenüber dem in der Leitung L liegenden Schalter S₁ stark verzögert öffnender Schalter S₂ eingeschaltet ist, dessen beweglicher Kontakt B₂ über die Leitung 4 mit dem beweglichen Kontakt B₁ des Schalters S₁ galvanisch verbunden ist. Durch den Schalter S₂ wird eine überspannungssichere Trennung der beiden Gleichrichter erreicht und dadurch eine Zerstörung der Gleichrichter durch eventuelle Überspannungen unterbunden.

Die Fig. 3 zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens bei einem doppelpoligen Schalter S_D, der in die beiden Stromzweige des Verbrauchers V eingeschaltet ist und dessen beide Schalterseiten durch je einen Gleichrichter G₁ bzw. G₂ überbrückt sind. Die beiden Gleichrichter sind über den Verbraucher miteinander verbunden, und jeder Gleichrichter ist damit auch mit dem jeweils zugehörigen beweglichen Schalterkontakt verbunden, während er andererseits je mit dem zugehörigen festen Kontakt in Verbindung steht. Auch bei dieser Ausführung entsteht nur jeweils ein Lichtbogen bei jedem Schaltvorgang.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der Fig. 3 nur dadurch, daß hier dem Verbraucher V noch ein doppelpoliger Schalter S vorgeschaltet ist. Dieser Schalter öffnet gegenüber dem durch die Gleichrichter G₁ und G₂ überbrückten Schalter S_D stark verzögert. Dadurch wird eine galvanische Trennung der beiden Gleichrichter zum Schutz gegen Überspannungen erreicht, wie dies beim Ausführnugsbeispiel nach F i g. 2 bereits beschrieben wurde.

Der gegenüber dem doppelpoligen Schalter S_D

ίο stark verzögert öffnende Schalter läßt sich, wie die F i g. 5 veranschaulicht, auch in die die Gleichrichter G₁ und G₂ enthaltenden Leitungen einsetzen. Die beiden Teife des verzögerten Schalters sind mit S₁₀ und S₂₀ bezeichnet. Es ist auch möglich, die erfindungsgemäße Schaltungsart auf einen dreipoligen Schalter anzuwenden, wie dies die Fig. 6 darstellt, wo S_n S_s, S, die in den Phasenleitungen R, S, T befindlichen Schalter sind, die jeweils durch Gleichrichter G₁, G₂ und G₃ überbrückt sind. Mit M ist hier ein Verbraucher angedeutet. Da bei dieser Ausführung immer zwei Gleichrichter stromführend sind und der dritte Gleichrichter sperrt, kann auch hier bei jedem Schaltvorgang jeweils nur ein Lichtbogen entstehen, so daß der Kontaktabbrand ebenfalls beträchtlich verkleinert wird.

Mit besonderem Vorteil läßt sich die Erfindung beispielsweise bei einem Kniehebellastumschalter für elektrische Lokomotiven verwenden, bei dem jeweils die Schalterkontakte, um eine größere Stoßfestigkeit zu erreichen, in zwei durch eine bewegliche Schaltbrücke hintereinanderschaltbare Teilkontakte aufgeteilt sind. In der F i g. 7 ist hierfür in ganz schematischer Darstellung, die nur die wesentlichsten Teile ohne das Kniehebelsystem enthält, eine Schaltanordnung angegeben. Dabei ist mit 10 ein Teil der Regelwicklung eines Transformators angedeutet und mit 11 und 12 feste Wicklungsanzapfkontakte, die in üblicher Weise von an ihnen entlangschaltbaren beweglichen Wählerkontakten 13 und 14 bestrichen werden. Die Wählerkontakte 13 und 14 sind einerseits mit den festen Kontakten 17 und 18 eines Widerstandsumschalters 15 verbunden, dessen beweglicher Kontakt mit einem Überschaltwiderstand verbunden ist, der zweckmäßig in zwei Teilwiderstände 19 und 20 unterteilt ist. Die anderen Enden der Teilwiderstände sind an feste Kontakte 21 und 22 angeschlossen, die gleich wie ein bei E geerdeter Kontakt 25 mit einer an der Koppel des weiter nicht gezeichneten Kniegelenkpolygons des Lastumschalters angebrachten Kontaktrolle 30 während des Umschaltvorganges zusammenarbeiten. Mit 23, 23' und 24, 24' sind die feststehenden Kontakte des Lastumschalters angedeutet, die von den beweglichen, an denjSchwingen des Kniegelenkpolygons angebrachten Kontaktbrücken 230 und 240 geschlossen und geöffnet werden. Die beiden festen Kontakte 23 und 23' sind durch zwei gegengeschaltete Gleichrichter G₁ und G₂ überbrückt und ihre Mitte ist über die Leitung 26 mit der beweglichen Kontaktbrücke 230 galvanisch verbunden. In gleicher Weise sind den festen Kontakten 24, 24' die beiden gegengeschalteten Gleichrichter G₁₀ und G₂₀ zugeordnet und mit der beweglichen Kontaktbrücke 240 über die Leitung 27 verbunden. Bei jedem Schaltvorgang tritt somit, wie bei der Schaltung nach F i g. 1 beschrieben, an den festen Kontakten nur jeweils ein Lichtbogen auf. Wenn die Ausführung nach Fig. 7 nicht als stoßfest genug erachtet wird, kann man zu einer Schaltung nach

F i g. 8 übergehen, die sich von der der F i g. 7 dadurch unterscheidet, daß der eine Gleichrichter G₂ nicht mit dem festen Kontakt 23', sondern mit dem Kontakt 21, an den auch der eine Teilwiderstand 19 angeschlossen ist, verbunden ist. Der Gleichrichter G.,_o ist mit dem festen Kontakt 28 verbunden, der gleich wie die Kontakte 21, 22 und 25 mit der Kontaktrolle 30 zusammenarbeitet. Der feste Kontakt 25 ist so angeordnet, daß dieser früher von der Kontaktrolle berührt wird als die übrigen Kontakte 21, 22 und 28. Damit wird erreicht, daß der Einschaltfunken an den Kontakten 21, 22 klein gehalten wird und der Kontakt 25 nicht so schnell verschleißt. Da der Schaltablauf eines Kniehebelschalters bekannt ist und die Wirkung der Gleichrichter vorstehend beschrieben wurde, erübrigt sich ein weiteres Eingehen auf die Fig. 8.

Wenn man an Gleichrichtern sparen will, empfiehlt sich eine Schaltung gemäß Fig. 9, bei der den beiden Kontaktbrücken 230 bzw. 240 jeweils nur ein ao Gleichrichter G₁ bzw. G₁₀ zugeordnet ist. Bei der Anschaltung der Gleichrichter kann man zwei Lösungen wählen. Man kann den Gleichrichter, wie auf der linken Seite dargestellt, lediglich den Kontakt 23' überbrücken lassen, indem er einerseits mit dem festen Kontakt 23' und andererseits mit der zugehörigen beweglichen Schaltbrücke 230 verbunden ist. Bei einer solchen Schaltung entstehen bei einer Stromrichtung entgegen der Durchlaßrichtung des Gleichrichters zwei Lichtbogen. Kehrt sich dann die Stromrichtung um, dann sind beide Kontakttrennstellen ionisiert. Die untere Kontaktstelle 23' wird dabei durch den Gleichrichter G₁ überbrückt, und die obere Kontaktstelle 23 wird durchgeschlagen. Der Lichtbogen löscht aber bei der dritten von oben über den Kontakt 23 kommenden Halbwelle, da der untere Kontakt 23' zwischenzeitig Zeit hatte sich zu entionisieren. Der Gleichrichter G₁ sperrt also, und der Strom ist somit spätestens nach zwei Nulldurchgängen unterbrochen. Bei dieser Schaltungsart muß begreiflicherweise ein größerer Kontaktabbrand in Kauf genommen werden. Doch haftet auch dieser Schaltung der Vorteil an, daß sie eine sichere Löschung bei gleichzeitiger Ersparnis an Gleichrichtern bringt. Eine derartige Anordnung wird man dann wählen, wenn der Kontaktabbrand von geringerer Bedeutung ist. Man kann allerdings den Kontaktabbrand an den beiden Kontakten 23 und 23' dadurch vergleichmäßigen, daß man nach einer gewissen Zeit den Gleichrichter so schaltet, daß er den anderen Kontakt 23 überbrückt. Dies kann beispielsweise in der bei den rechten Kontakten 24, 24' gezeigten Schaltung geschehen, wo der Umschalter 29 die Umschaltung auf Kontakt 24 bzw. 24' ermöglicht. Wenn man die Umschaltung mit dem Lastumschalter koppelt, ergibt sich ein weitgehend gleichmäßiger Abbrand an beiden Kontakten.

In der Fig. 10 ist schließlich eine Ausführungsmöglichkeit für einen Lastumschalter angegeben, bei der man mit nur einem einzigen Gleichrichter auskommt. Dieser ist einerseits an einen mit der Kontaktrolle 30 des Kniegelenkpolygons zusammenarbeitenden Kontakt 40 angeschlossen und andererseits an den beweglichen Kontakt 31 eines Umschalters U, dessen fester Kontakt 32 mit der beweglichen Schaltbrücke 230 und dessen zweiter fester Kontakt 33 entsprechend mit der beweglichen Schaltbrücke 240 verbunden ist. Der geerdete Kontakt 25 ist wieder so angebracht, daß er früher schließt als die weiteren, mit der Kontaktrolle zusammenarbeitenden Kontakte 40, 21 und 22. Der bewegliche Kontakt 31 des Lastumschalters U ist mit dem beweglichen Kontakt 16 des Widerstandsumschalters 15 gekoppelt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schalter mit zwei in Reihe geschalteten Kontakten, die von einem in sich starren Schaltstück überbrückt sind, insbesondere Lastumschalter für Lokomotiven und Schalter mit vorzugsweise großer Schalthäufigkeit, die beispielsweise in geschlossenen Gehäusen untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden in Reihe geschalteten Kontakten wenigstens einer von einem Gleichrichter bzw. Gleichrichtergerät überbrückt ist und daß bei Überbrückung beider Kontakte durch gegengeschaltete Gleichrichter bzw. Gleichrichtergeräte von ausreichender Spannungsfestigkeit und Strombelastbarkeit die Mitte der Gleichrichter mit dem beweglichen Schalterkontakt verbunden ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der in Gegenschaltung arbeitenden Gleichrichter gegen Überspannungen diese nach Beendigung des Schaltvorganges durch einen in der Verbindungsleitung der Gleichrichter liegenden Schalter galvanisch voneinander trennbar sind.

3. Schalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung nur eines Gleichrichters bzw. Gleichrichtergeräts diese mit Hilfe eines vorgeschalteten Umschalters den einen oder anderen der in Reihe geschalteten Kontakte überbrücken kann.

4. Schalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Lastumschaltern den beiden Schalterseiten nur ein einziger Gleichrichter bzw. Gleichrichtergerät zugeordnet ist und daß dieses bei jeder Lastumschaltung mittels eines mit dem Widerstandsumschalter gekoppelten Schalters an die eine oder andere Schalterseite legbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1005 594;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 819 398;
deutsche Patentanmeldung J 4617 VIIIb/21c, 35 (bekanntgemacht am 24. 7. 1952);

britische Patentschriften Nr. 616 144, 688 720.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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