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Hochstrom-Trennschalter Für Niederspannungsschaltanlagen werden Trennschalter
benötigt, die entsprechend den Bestimmungen für Lastschalter einen zweifachen Nennstrom
abschalten können, darüber hinaus aber auch den hohen Beanspruchungen im Kurzschlußfall
gewachsen sind und auch ein Einschalten des Schalters auf einen Überstrom zulassen.
Diese Aufgabe wird von den üblichen Hebeltrennschaltern nur in ungenügendem Maße
erfüllt.
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Es sind andererseits auch schon Hochstromschalter bekannt, bei denen
zwei parallele abgefederte Kontaktbrücken beiderseits der zu verbindenden, gleichachsig
angeordneten Stromschienen angeordnet sind, gegen deren Breitseiten sie gedrückt
werden und die quer zu ihrer Längsachse abhebbar sind. Es ist auch bekannt, hierfür
einen Schnellschaltmechanismus zu verwenden. Auch die bekannten Schalter dieser
Art sind für die Lösung der gestellten Aufgabe nicht voll geeignet.
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Es ist weiterhin ein Schienentrennschalter für Ströme großer Stärke
und hoher Frequenz bekannt, bei dem zwei gegen die Schmalseite der in Richtung des
Leistungszuges verlaufenden Enden der sich mit ihren Breitseiten mit geringem Abstand
gegenüberliegenden Stromzu- und ableitungschienen gedrückte Kontaktbrücken durch
eine Spreizwelle betätigt werden. Diese bekannte Anordnung ist aber weder dazu bestimmt
noch dazu geeignet, unter Spannung betätigt zu werden.
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Durch die Erfindung wird ein Hochstrom-Trennschalter mit zwei parallelen,
gegen die Breitseiten der zu verbindenden, gleichachsig angeordneten Stromschienen
gedrückten abgefederten Kontaktbrücken, die quer zu ihrer Längsachse, gegebenenfalls
durch einen Schnellschaltmechanismus, abhebbar sind, geschaffen, der als Lastschalter
einen zweifachen Nennstrom abschalten kann und auch ein Einschalten des Schalters
auf einen Überstrom zuläßt. Die Erfindung besteht darin, daß eine in an sich bekannter
Weise zwischen den Kontaktbrücken angeordnete Spreizwelle zuerst die eine Kontaktbrücke
abdrückt und dann die den Strom endgültig unterbrechende, mit einer an sich bekannten
Löschvorrichtung versehene Schaltstelle der zuletzt öffnenden Kontaktbrücke schlagartig
öffnet.
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Bei senkrecht angeordneten Trennschaltern wird dabei vorzugsweise
die Anordnung so getroffen, daß von der zuletzt abgehobenen Schaltbrücke zunächst
die obere Kontaktstelle und darauf die untere Kontaktstelle geöffnet wird.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
eines derartigen Lasttrennschalters erläutert werden. Die Erfindung ist jedoch nicht
an die Einzelheiten des dargestellten Beispiels gebunden. Die konstruktive Ausgestaltung
des Schalters kann davon je nach Bedarf im Rahmen der Ansprüche abweichen. Die Zeichnung
zeigt in F i g. 1 den Lasttrennschalter im Längsschnitt; F i g. 2 und 3 zeigen den
Antrieb für die Spreizwelle im Aufriß und Grundriß in der Einschaltstellung, während
F i g. 4 eine der F i g. 2,entsprechende Darstellung des Antriebes, jedoch in Ausschaltstellung
wiedergibt; F i g. 5 und 6 zeigen in zwei Ansichten eine Einzelheit dieses Antriebes.
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In F i g. 1 sind die feststehenden Schaltstücke mit 1 und 2 bezeichnet,
die gleichzeitig die Anschlüsse für den Schalter bilden. 3 und 4 sind die beiden
beweglichen Schaltbrücken, die durch Federn 5 gegen die festen Schaltstücke 1 und
2 gedrückt werden. Das Gegenlager der Federn bilden zwei mit dem Grundrahmen des
Schalters verbundene feste Isolierkörper 6 und 7. Um die Brücken gegen Seitenkräfte
abzustützen und sie zu führen, sind in den Gegenlagern Führungsbolzen 8 angeordnet,
die in entsprechende Führungslöcher der Brücken eingreifen. Die Führungsbolzen werden
zweckmäßig so ausgebildet, daß sie keine elektrische Verbindung der beiden Brücken
herstellen. In dem gezeigten Beispiel wird jede Brücke durch zwei in den Isolierkörpern
eingesetzte metallene Stehbolzen geführt. Die Führungsbolzen können jedoch auch
von einem Isolierkörper zum anderen durchgehen; in diesem Falle sind sie zweckmäßigerweise
gegen die Brücken zu isolieren. Durchgehende Bolzen haben den Vorteil, daß mit ihnen
die
Kräfte in den Gegenlagern der Federn beider Brücken aufgenommen werden können und
damit die Schalterkonstruktion von ihnen entlastet wird. Zwischen den beiden Brücken
befindet sich eine ebenfalls im Grundrahmen gelagerte drehbare Spreizwelle 9, die
aus einem Metallkern 10 mit flach rechteckigem Querschnitt mit einer Isolierstoffumpressung
11 besteht. Durch Drehen der Welle können die beiden Schaltbrücken auseinandergespreizt
werden. Die Form dieser Welle 9 und ihr Antrieb sind dabei so gewählt, daß die Schaltstellen
in einer bestimmten Reihenfolge öffnen, und zwar wird die eine der Schaltbrücken
- bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Schaltbrücke 3 - zunächst von den
Gegenkontakten abgedrückt, so daß die Schaltstellen 12 und 13 geöffnet werden, und
erst dann eine Betätigung der Schaltbrücke 4 in der Weise bewirkt, daß die Schaltstelle
14 vor der Schaltstelle 15 geöffnet wird. Dadurch wird erreicht, daß die Schaltstellen
12 und 13 lichtbogenlos öffnen und der Strom auf die andere Schaltbrücke 5 kommutiert
wird. Beim öffnen der Schaltstelle 14 dieser Brücke wird dann ein Schaltlichtbogen
gezogen, der durch die Form und Ausbildung dieser Schaltstelle in eine dieser zugeordnete
Lichtbogenkammer 16 getrieben wird. Diese Kammer kann in bekannter Weise mit Löschblechen
oder -keilen für die Lichtbogenlöschung ausgerüstet sein. Erst nach Erlöschen des
Lichtbogens öffnet die Schaltstelle 15, so daß auch hier eine lichtbogenlose Kontakttrennung
erfolgt.
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Um die vorstehend geschilderte Reihenfolge der Öffnung der Schaltstellen
zu erreichen, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß die
Schaltwelle 9 durch den Antrieb zunächst parallel zu sich selbst gegen die Schaltbrücke
3 verschoben wird und diese dadurch von den festen Kontakten 1 und 2 abdrückt. Erst
nach dieser Verschiebung erfolgt dann eine Drehung der Schaltwelle, die jedoch infolge
der voraufgegangenen Parallelverschiebung nicht mit der Brücke 4 im Eingriff steht.
Erst bei Rückkehr der Schaltwelle in ihre Ursprungslage wird die Schaltbrücke 4
bewegt, wobei eine öffnung der Schaltstellen 14 und 15 in der entsprechend der Verdrehung
der Schaltwelle vorgegebenen Reihenfolge erfolgt. Zu diesem Zweck ist die Schaltwelle
9 - wie aus den F i g. 2 bis 4 zu ersehen - in Langlöchern der Seitenwände 21 und
22 des Schalters geführt und in einem Hebel 23 eines Kniehebelsystems 23, 24 gelagert,
das in gestrecktem Zustand die Welle 9 in der Mitte des Schalters festhält. Der
Hebel 24 ist auf einem im Gehäuse befestigten Bolzen 25 gelagert.
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Der Antrieb der Schaltwelle erfolgt durch das Sehaltschloß, das zwischen
den Wänden 21 und 26 angeordnet ist. Dieser Antrieb besteht aus einer auf der Antriebswelle
27 angeordneten Kurvenscheibe 28, die einen Stift 29 trägt, der in ein Langloch
30 einer auf der Welle 9 befestigten Kurvenscheibe 31 eingreift. Zur Verminderung
der Reibung bei der Schaltbewegung kann der Stift 29 eine Rolle 32 tragen. Im Kniegelenkpunkt
33 des Systems 23, 24 ist zusätzlich ein Zwischenhebel 34 angelenkt, der sich einerseits
unter der Wirkung einer Feder 35 gegen einen Anschlagbolzen 36 an dem Hebel
24 abstützt und andererseits mit einer Nase 37 der Kurvenscheibe 28 zusammenwirkt.
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Bei Drehung der Antriebskurvenscheibe 28 entgegen dem Uhrzeigersinn
gleitet die Rolle 32 zunächst in dem Langloch der Kurvenscheibe 31, bis die Nase
37 an dem Zwischenhebel 34 anschlägt und damit das Kniegelenk 23, 24 zum Einknicken
bringt, wodurch die Schaltwelle nach rechts verschoben wird. Damit wird die Schaltbrücke
3 abgehoben. Bei weiterer Drehung der Antriebskurvenscheibe 28 wird dann durch den
Zapfen 29 bzw. die Rolle 32, die sich an die linke Begrenzungsfläche des Langloches
30 anlegt, die Kurvenscheibe 31 mitgenommen und damit die Schaltwelle 9 verdreht.
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Im Verlauf dieser weiteren Drehbewegung der Kurvenscheibe 28 gleitet
die Nase 37 von dem Zwischenhebel ab, und das Kniegelenk kann in seine Strecklage
zurückkehren. Die hierzu erforderliche Kraft wird durch eine Z,Igfeder 38 aufgebracht,
die außerdem durch die Kontaktdruckfedern 5 der Brücke 3 unterstützt wird. Hierdurch
schnellt die Schaltwelle 9 nach links zurück und schlägt mit ihrer Kante 17 auf
die Brücke 4 auf und öffnet dadurch die Schaltstelle 14. Die Massenverteilung der
Brücke 4 und die Bemessung ihrer Kontaktdruckfedern 5 sind so gewählt, daß die Schaltstelle
15 bei diesem Öffnungsvorgang geschlossen bleibt. Das wird weiterhin auch dadurch
unterstützt, daß die Schaltwelle 9 nicht in der Symmetrieebene der Schaltbrücken,
sondern nach oben versetzt angeordnet ist.
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Bei weiterer Bewegung des Antriebes wird dann auch die Schaltstelle
15 geöffnet, da die Schaltbrücke mit ihrem oberen Ende an das Gegenlager 6 zur Anlage
kommt und die Brücke dann um diesen Drehpunkt unter der Einwirkung der Schaltwelle
9 verschwenkt wird.
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Bei normaler Handbetätigung reicht die öffnungszeit zwischen den Schaltstellen
14 und 15 aus, um den Lichtbogen in der Lichtbogenkammer 16 einwandfrei
zu löschen. Es empfiehlt sich jedoch, eine zusätzliche Sperrung vorzusehen, die
eine für die Lichtbogenlöschung ausreichende Zeitdifferenz zwischen den Öffnungszeiten
dieser Schaltstellen auch für den Fall sicherstellt, daß die Schaltbewegung zu rasch
erfolgt. Zu diesem Zweck ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Klinke
39 vorgesehen, die über einen Stößel 40, der ebenfalls an dem Kniegelenkbolzen
33 des Kniegelenksystems 23, 24
angelenkt ist, beim Rückgang des Kniegelenksystems
in seine Strecklage angestoßen und im Uhrzeigersinn verschwenkt wird, womit sein
Ansatz 41 in die Bahn der Kurvenscheibe 31 gerät und diese vor Erreichen ihrer endgültigen
Aussehaltstellung anhält; erst nach einer durch die Pendelzeit dieser Klinke 39
gegebenen Zeit wird die Kurvenscheibe 31 zur Weiterbewegung in ihre Endlage freigegeben.
Diese Maßnahme ist jedoch nur wirksam, wenn bei zu schneller Ausschaltung von Hand
der zeitliche Abstand der Öffnung der Kontaktstellen 14 und 15 zu kurz werden
würde. Bei langsamer Bewegung des Antriebes ist die Rückpendelzeit des Hebels 39
kürzer als die Drehzeit der Nockenscheibe 31, so daß er sich aus der Bewegungsbahn
der Nockenscheibe 31 wieder zurückbewegt hat, bevor ein Eingriff stattfinden kann.
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Die erfindungsgemäße Anordnung für den Antrieb der beiden Brücken
durch die drehbare Spreizwelle 9 gestattet es, mit einfachen Mitteln auch ein rasches
Einschalten zu erreichen. Zu diesem Zweck wird in Weiterbildung der Erfindung die
Schaltwellendrehbewegung in Einschaltrichtung, die durch die Kontaktdruckfedern
unterstützt wird, nach einer gewissen
Anfangsdrehung unabhängig
von der Drehbewegung des Antriebes gemacht. In der Ausschaltstellung ist die Welle
9 so weit herumgedreht, daß sie durch die Kontaktdruckfedern selbst gerastet wird.
Durch einen Anschlag für die Welle 9 wird dabei zweckmäßig sichergestellt, daß ein
Überdrehen der Welle in Ausschaltrichtung unmöglich wird. Beim Einschalten ist es
nur erforderlich, die Welle aus ihrer Raststellung herauszudrehen; die Weiterdrehung
kann dann unter der Federkraft der Kontaktdruckfedernerfolgen.
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Zur Einschaltung wird die Kurvenscheibe 28 im Uhrzeigersinn aus der
in F i g. 4 dargestellten Lage verdreht. Dabei gleitet der Zapfen 29 bzw. die Rolle
32 zunächst in dem Langloch 30 der Kurvenscheibe 31 leer, bis sich die Rolle 32
an die obere Begrenzungsfläche des Langloches anlegt. Die Kurvenscheibe 31 wird
dann durch die Scheibe 28 bzw. die Rolle 32 so weit zwangläufig mitgedreht, daß
die Welle 9 aus ihrer Totlage, die durch die Kontaktdruckfedern 5 gegeben ist, herausbewegt
wird. Infolge des Langloches 30 der Kurvenscheibe 31 kann sich diese und damit die
Schaltwelle 9 dann unabhängig von der Bedienungsgeschwindigkeit des Antriebes unter
dem Druck der Federn 5 weiterbewegen. Dabei kann der Zwischenhebel 34 des Kniegelenksystems
unter der Nase 37 ausweichen, so daß ein Einknicken des Kniegelenkes nicht bewirkt
wird und die Schaltwelle in ihrer Mittellage verbleibt. Nach dem Hindurchgang der
Nase 37 wird dann der Zwischenhebel34 durch die Rückzugsfeder35 wieder gegen den
Anschlag 36 gezogen und damit in seiner Ruhelage für die Ausschaltbewegung fixiert.
Ein weiterer Anschlag für die Welle 9 begrenzt ihre Drehbewegung in Einschaltrichtung.
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Die Einschaltgeschwindigkeit der Schaltstücke ist abhängig von den
Kontaktmassen und dem Trägheitsmoment der Schaltwelle 9, die bei der Einschaltbewegung
durch die Kontaktdruckfedern gedreht werden muß. Die Masse der Kontaktbrücken kann
dadurch weitgehend begrenzt werden, daß sie aus einem Stahlträger mit einer die
Kontaktstellen verbindenden Auflage aus gut leitendem Metall, beispielsweise Kupfer,
gebildet werden. Dadurch ist es möglich, die Masse gegenüber einer aus Massivkupfer
od. dgl. gebildeten Brücke weitgehend herabzusetzen. Die Einschaltgeschwindigkeit
des Antriebes kann weiterhin durch Änderung des Trägheitsmomentes der Schaltwelle
beeinfiußt werden. Im Normalfall ist die Kraft der Kontaktdruckfeder so groß, daß
eine zu große Einschaltgeschwindigkeit der Schaltbrücken sich ergeben würde. Es
empfiehlt sich daher, um die Einschaltgeschwindigkeit etwas herabzusetzen, die Schaltwelle
zusätzlich mit einer Schwungmasse 42 an ihrem freien Ende zu versehen.
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Weiterhin empfiehlt es sich, eine wirksame Rückdrehsperre vorzusehen,
die ein Rückprellen der Welle von ihrem Anschlag nach dem Einschaltvorgang verhindert.
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In den F i g. 5 und 6 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer
derartigen Sperre dargestellt. Sie besteht aus einem Pendelhaken 43, der eine Nase
44 hat, die mit einer Klinke 45 der Schaltwelle zusammenarbeitet. Diese Klinke
45 kann beispielsweise wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an der
Schwungscheibe42 befestigt sein. Gegen Ende der Einschaltbewegung stößt diese Klinke
45 mit ihrer Kante 45' gegen den Pendelhaken 43, so daß er im Uhrzeigersinn aus
der in F i g. 5 voll ausgezeichneten Stellung in die strichliniierte Stellung geschwenkt
wird und sich dabei mit seiner Nase 44 vor die Klinke 45 legt und damit die Schaltwelle
gegen ein Rückprellen sichert. Nach einer gewissen Zeit geht dann der Pendelhaken
43 infolge seines Eigengewichtes wieder in die voll ausgezogene Normallage zurück
und gibt die Klinke 45 frei, so daß eine Wiedereinschaltung ungehindert erfolgen
kann.
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Wie Versuche gezeigt haben, können mit einem Schalter für z. B. 1000
A Nennstrom gemäß der Erfindung nicht nur Ströme bis etwa 2000 A abgeschaltet werden,
sondern der Schalter kann auch Kurzschlußströme bis zu etwa 40 000 A einschalten
und kurzzeitig führen.