DE1185269C2 - Einpoliger selbstschalter in schmalbauform - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen einpoligen Selbstschalter in Schnvilbauform mit je einem ortsfesten und einem beweglichen Kontaktstück zur Hmfachunterbrechung, mit einem im Schalteroberteil untergebrachten Schaltmechanismus, mit einem die Lichtbogenkammer bildenden kastenförmigen Schalterunterleil, der mit parallel zur Lichtbogenkammerbodenwand, die gleichzeitig die Bodenwand des Schalters ist, angeordneten Löschblechen ausgerüstet iit und bei dem die Kontaktunterbrechungsstelle an einer Schmalseite der Lichtbogenkammer vor den Löschblechen so angeordnet ist, daß das ortsfeste Kontaktstück mit seiner Stromzuführungsleitung zusammen mit dem als Schub- oder Schwenkkontakt ausgebildeten beweglichen Kontaktstück und einem zu diesem gehörigen Kontaktträger eine U-förmige, senkrecht zu den den größten Teil der Lichtbogenkammer einnehmenden Löschblechen orientierte Blasschleife bildet.

Dieser Schalter nach dem Hauptpatent garantiert zwar ein verhältnismäßig schnelles Ablaufen des bei Konlaktunterbrechung entstehenden Lichtbogens von der Kontaktstelle, jedoch reichen die getroffenen Maßnahmen für Schaher mn kleinen Abmessungen, die für hohe Schaltleistungen benutzt werden sollen, allein noch nicht aus. Es ist vielmehr erforderlich, besondere Maßnahmen strömungstechnischer Art zj ergreifen, wenn bei Schmalbauweise die Breite der Lichtbogenkammer mit dem Durchmesser der Lichtbogensäule vergleichbar wird, der Lichtbogen aber dennoch schnell von der Kontaktstelle in die Schlitze des Blcchstapels getrieben werden soll, um ihn möglichst rasch in Teillichtbögen zu unterteilen

Die Erfindung bezweckt, den Selbstschalter nach dem Hauptpatent in dieser Weise zur Erreichung einer schmaleren Bauweise zu verbessern, und sie erreicht das dadurch, daß in an sich bekannter Weise im Bereich vor den Löschblechen zwei die Kontaktanordnung flankierende, bis an die Löschblcche heranreichende und im übrigen größtenteils frei stehende Isolierstoffplatlen vorgesehen sind und daß diese von den Wänden des kastenförmigen Schalterunterteils so weit umhüllt werden, daß die Lichtbogenkammer im Bereich vor dem l.öschblechstapcl im wesentlichen nur zum Löschblechstapel hin offen ist.

Im Gegensatz zu bisher bekannten plattenflankierten Kontaktanordnungen mit Löschblechstapel erhalten auf diese Weise die Zwischenräume zwischen den Isolicrplatten und den Gehäusewänden die Funktion von Druckaust'leichkanalen, die unter Einbeziehung von kühlenden Luftnuisscn aus dem Löschblechstapel einen Ausgleich der die Lichtbogenbewegung behindernden Druckdifferenz zwischen den Gebieten vor und hinter der wandelnden Lichtbogensäule bewirken und für eine gute Entionisierung der neuzündungs- »efährdelcn Gebiete hinter dem Lichtbogen sorgen. Außerdem wird eine Entlüftung der Lichtbogenkammer nach hinten, d. h. gegen die Laufrichtung des I .ichtbogens, vermieden.

Die Verbesserung gehl von der Erkenntnis aus, daß hinler der wandernden heißen Lichtbogensäule zumindest in dem für Installationsselbstschalter in Betracht kommenden Unterschal Igeschwindigkei tshcreich kein Vakuum auftritt. Der Unterdruck hinter dem ablaufenden Lichtbogen ist nur ein relativer, bezogen auf das übrige Schaltkanimcrvolumen. Gegenüber der Umgebung der Schaltkammer und benachbarten Räumen des Selbstschalters herrscht auch hier infolge der starken Erwärmung des Luft- bzw. Gasvolumcns durch d:n Lichtbogen ein erheblicher Überdruck. Nach dijser Auffassung ist die bisher be-

wüßt gepflegte Offenheit des Kontaktbereichs von Lichtbogenkammern mit Löschblechstapel als schädlich anzusehen, da sie eine Entlüftung nach hinten ermöglicht, welcher außer der erwähnten Neuzündungsgefahr eine Vergrößerung der die Lichtbogenwanderung hemmenden Druckdifferenz zwischen den Gebieten vor und hinter dem wandernden Lichtbogen zur Folge hat.

Bei den bekannten Schaltern, bei denen die Breite der Lichtbogensäule von vornherein auf db Eingangsbreite an Löschblechschlitzen durch die Kontaktanorunung flankierende Isolierstoffplatten begrenzt wird (DT-AS 10 63 246), die bis an den Löschblechstapel heranreichen oder wie bei einem früheren Vorschlas bis in dessen Schlitze hineinragen (DT-AS 11 70 030). tritt die mit der Verbessrung erzielte Wirkung nicht auf. Das gilt auch für eine bekannte Anordnung, bei der die die Kontaktanordnung flankierenden Isolierstoffplatten so angeordnet und ausgebildet sind, daß ihr^ der Kontaktanordnung abgewandte ebene Außenfläche Abstand zu den dazu parallelen Wänden der Lichtbogenkammer hat und mit diesen Lufischächte zur Zufuhr von Frischluft in den Löschblechstapel bildet, die der unmittelbaren Einwirkung des zwischen den lsolierstotTplatten befindlichen Lichtbogens entzogen sind (DT-AS 10 63 246). Bei der bisher bekannten Anordnung dieser Art haben die Wände der Lichtbogenkammer die Form einer kaminartigen Hülse mit rechteckigem Querschnitt, deren vor der Kontaktanordnung liegender Eingangsquerschniu eber.io wie der hinter dem Löschblechstapel liegende Ausgangsquerschnitt offengelassen sind, um die Frischluftzufuhr vom Eingang her zu erleichtern und der Anordnung eine kaminartige Zugwirkung zu gehen. Verbesserung^ ersuche der noch unbefriedigenden Anordnung rinnen bisher von der Vorstellung aus. daß die Lichtbogensäule in Wanderungsriehlung eine der Bewegung hinderliche Kopfdruckwelle erzeugt, während hinter der Lichtbogensäule in kurzer Zeit ein Vakuum entsteht, so daß die leitenden Lichtbogengase in das Kontaktgebiet zurückgeworfen werden können, wo sie Wiederzünduniicn des Lichtbogens verursachen. Um die Kopfdruckwelle der wandernden Lichtbogensäule abzubauen, ist es bekannt (DT-AS 10 63 246), den Strömungswidersland für die Liclitbogcngasc durch den Blechstapel hindurch in Laufrichtung zu vermindern, indem man je zwei Lösehbkvhc galvanisch miteinander verbindet. Die dabei geschaffenen lichtbogenfreien Bleehdistanzen dienen ausschließlich zur Abführung der Lichtboeengase. wobei als Nachteil hingenommen werden muß. daß nur noch die Hälfte der sonst verfüulnrei; Bleehdistanzen zur Aufteilung des Lichtbogens zur Verfügung steht. Die damit verbundene schlechte Raumausnutzung der Blechstapclhöhe, nämlich nur zu allenfalls 50%. steht der angestrebten Kleinbauweise entgegen.

Um das hinter dem wandernden i.iehlboiien angenommene Vakuum schneller aufzufüllen und dieses Gebiet zu entionisicren, wurde vorgeschlagen, die Lichtbogenkammer nicht nur im Hereich \or den Kontakten offen zu hissen, sondern zusätzlich die Lichtbogenkammerwändc zu beiden Seiten der die Kontakte flankierenden Isoliersiolfplaiten zu perforieren (DT-AS Il (10030), um die enlionisieieuile Frischluftzufuhr durch die BcUiitunn-.schächte in den Blechstapel hinein zu intensivieren

Die bisher bekannten oder früher vorgeschlagenen Maßnahmen zur Verbesserung von Lichtbogenkainmem erwiesen sich als ungeeignet, einen schmalen Installationsselbstschalter zu schaffen, dessen Schallvermögen ebenso groß sein sollte wie das eines herkömmlichen Gerätes mit doppeltem Raumbedarf. Insbesondere gelingt es damit nicht, den Lichtbogen schnell genug und sicher in den unterteilten Zustand zu überführen.

Nach üinem Weiterbildungsgedanken ist die Lichtbogenkammer im Bereich vor dem Löschblechstapel so gasdicht ausgeführt, daß ihre Wände die Kontaktanordnung sowie die diese flankierenden Isolierstoffplatten bis auf einen zur Führung des beweglichen Kontaktes dienenden Schlitz gegen benachbarte Gehäuseräume und die Umgebung verschließen und damit eine Entlüftung der von der Lichtbogenenergie unter tiberdruck gebrachten Lichtbogenkammer gegen die Laufrichtung des Lichtbogens vollständig verhüten.

Es ist zwar eine Lichtbogenkammer bekannt, bei der die Kontaktanordnung durch eine frei stehende IsolierstolTplatte flankiert ist, die ebenfalls eine Rückführung von Lichtbogengasen zur Kontaktstelle eras möglicht (französisches Patent 1194613). Diese Lichtbogenkammer ist jedoch vollständig gasdicht gegen du: Umgebung verschlossen, was unter anderem den Nachteil der Explosionsgefahr in sich birgt, und enthLlt weder einen Löschblechstapel noch eine zu dessen Unterbringung geeignete geräumige Erweiterung in Anschluß an die Kontaktanordnung. Es sind lediglich Kühlmittel in dem von der Isolierstoffplatte abgeschirmten Gaskanal vorgesehen, welche die dort strömenden Gase entionisicren sollen, jedoch in keiner Weise — weder elektromagnetisch noch thermisch, noch strömungstechnisch — unmittelbar auf den Lichtbogen einwirken, wie ein der Kontaktanordnung zugeordneter zur Lichtbogenunterteilung bestimmter Löschblechstapel mit ausgangsseitiger F.nlliifturg. Ein eng geschichteter, den größten Teil der Lichtbogenkammer einnehmender Löschblechstapel aus ferromagnetischem Material hat einen so starken Einfluß auf den Lichtbogen, daß Kammern mit und ohne einen solchen Blechstapei in ihrer Wirkungsweise sich wesentlich voneinander unterscheiden. Die vorbekannte vollständig abgedichtete Lichtbogenkammer ohne Löschblechstapel steht daher der lediglich im Kontaklbcreich abgedichteten c r!i η dungsgemäßen Lichtbogenkammer wesentlich

5« ferner als die vorbekannte kaminartige Lichtbogenkammer mit Löschblcchsiapel. die sowohl im Konlalabereich als auch hinter dem Blechstapei mit grollen l.üfiungsquerschnittcn ausgeführt sind. Überdies hat sich üezeigl, daß ein vollständiger Verzicht auf die ausüriiigsseitige Entlüftung des BlechsU.pels das '■'indriiiücn des Lichtbogens in ucn Blechstapel verzögert.

Weiten; Einzelheiten sind aus der Zeichnung, die ein Ausfiihrungsbcispiel darstellt, ersichtlich.

So Fin. 1 zeigt im Länusscliuitt einen Teil einer Lichtbogenkammer eines Schalters mit Zwcifachuntcrbre-•'hung. während

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie H-II in F i g. I wicderuibt.

Die 1 .iclitbogenkammcr besteht aus einem kastenlöiniii'.en dehiiuscl, (.las sich in nicht dargestellter Weise nach der einen Seite hin zu einem den Schaltmechani'-niu'N und die übrifen Schalterteile aufneh-

menden Raum fortsetzt. In der Lichtbogenkammer sind in Parallelanordnung Löschbleche 2 vorgesehen, die in nicht dargestellten Nuten der Schalen I gehalten sind. Die Löschbleche erstrecken sich parallel zu einem Lichtbogenleitblech, das mit seinem gekröpftem Ende unmittelbar hinter einem beweglichen Kontaktstück 6 angeordnet ist. Das Kontaktstück 6 ist in Richtung des Pfeiles 7 beweglich und in der Öffnungsstellung gezeigt. Die Löschbleche sind also auch parallel zur Bewegungsrichtung des Kontaktstückes und senkrecht zu dem ortsfesten Kontaktstück 8, das sich seinerseits als Lichtbogenlcitblech über die ganze Länge der Schaltbogenkammer erstreckt und an seinem Ende parallel zur Löschblechrichtung verlaufende Ansätze 8a besitzt, die mit Endblechen la leitend verbunden sind. Die Löschbleche 2 haben an ihren den Kontakten zugewandten Stirnseiten V-förmige Schlitze Ib. Zur seitlichen Begrenzung des Lichtbogens sind zwei Isolierplatten 9 vorgesehen, die so angeordnet sind, daß zwischen ihnen und den Wänden der Lichtbogenkammer ein lichtbogenfreier Zwischenraum 10 bleibt. Die Lichtbogenkammer ist im vorderen Bereich, d. h. im Kontaktbereich vor dem Löschblechsl;i,/Cl, im wesentlichen gasdicht hergestellt, indem ihre Wände die Kontaktanordnung sowie die diese flankierenden Isolierplatte!! kappenförmig umhüllen und bis auf einen zur Führung des beweglichen Kontaktes dienenden, im Verhältnis zur lichten Gehäusebreite schmalen Schlitz gegen benachbarte Gehäuseräume und die Umgebung verschließen.

Der Schaltlichtbogcn erfährt durch die stromdurchflossenen Teile der Konlakthörncr und die vorzugsweise aus ferromagnetischem Material bestehenden Löschbleche starke Antriebskräfte. Die Lichtbogensäule füllt auf ihrer Wanderung über die Positionen 13, 14 und 15 den Raum zwischen den Platten 9 aus und schiebt ein Luftkissen vor sich her, während hinter ihr ein »Unterdruckgebiet« entsteht, das kalte bzw. entionisierlc Luft aus dem geräumigen Löschblechstapel ansaugt, die vom Lichtbogen unbeeinflußt über die Zwischenräume 10 in Pfeilrichtung 11 herangeführt wird. Dadurch werden die der Bewegung des Lichtbogens entgegengerichteten Druckgegensätze und die Neuzündungsgefahr des Lichtbogens im Kontaktbereich wesentlich vermindert. Der Querschnitt des lichtbogenfreien Zwischenraumes 10 zwischen den Isolierplatten und der Wand der Lichtbogenkammer ist zweckmäßigerweise kleiner gehalten als der Querschnitt des Raumes 17 zwischen den Platten 9. Dadurch wird der Strömungswiderstand in Laufrichtung des Bogens kleiner als umgekehrt. Daher entsteht hinter dem beim Abheben der Kontakte gezündeten Lichtbogen (Pos. 13) in den von ihm begrenzten, verhältnismäßig kleinen Raum 12 zunächst ein Überdruck, der bei der oben beschriebenen Dimensionierung der Zwischenräume 10 geeignet ist, den Lichtbogen in der beabsichtigten Richtung von den Kontaktstellen wegzutreiben und somit die obengenannten in gleicher Richtung angreifenden elektrodynamischen und elektromagnetischen Kräfte unterstützt. Diese Wirkung läßt sich noch steigern, indem man für die Isolierplatten gasabgebendes Material verwendet. Diese Maßnahme hat feiner den Vorzug, daß sich die Schaltkammer mit Gasen, vorzugsweise Wasserstoff, füllt, welche den Lichtbogen besser kühlen als Luft. Der Unterdruck hinter dem Lichtbogen, den die Ausgleichsströniung beseitigen oder zumindest stark abschwächen soll, entsteht erst im Zuge der Expansion nebst Abkühlung des Gasvolumens hinter dem abwandernden Lichtbogen. Die Fugen der Schaltkammerwändc sind bei dem Ausführungsbeispiel noch zusätzlich durch Platten 18 aus isolierendem Werkstoff abgedichtet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Druckausgleich den Einfluß solcher Undichtigkeiten, die den Druck hinter dem Lichtbogen weiter vermindem, bis zu einem gewissen Grade aufheben kann. Die Wirkung der Anordnung läßt sich wesentlich verbessern, indem man die Kontakle und die Laufschienen so führt bzw. hinterfüttert, daß der ablaufende Lichtbogen den Raum 17 zwischen den beiden Isolierplattcn 9 möglichst vollständig ausfüllt, damit der Druckausgleich hauptsächlich entlang der Pfeile 11 durch die dem Lichtbogen abgewandten, gut gekühlten Zwischenräume 10 stattfindet und nicht an den Seiten und hinter den Kontakten kürzere Wege nehmen kann. Vorgenannte Maßnahme ist auch zweckmäßig, um den anfänglichen Überdruck hinter dem Lichtbogen zu dessen Antrieb auszunutzen.

Die im Bereich vor dem Löschblechstapel gasdichte Ausführung der Lichtbogenkammer mit den

3c vorgenannten ergänzenden Maßnahmen hat in Verbindung mit den starken elektromagnetischen Kräften eine wesentliche Steigerung der Laufgeschwindigkeit des Lichtbogens zwischen den flankierenden Isolicrplalten zur Folge, was zu intensiver Kühlung und entsprci hender Verringerung des Durchmessers des Lichtbogens führt, wobei die Lichtbogenspannung steil ansteigt. Ein wesentlicher Erfolg der Anordnung besteht darin, daß die Lichtbogensäule beim Auftreffen auf den Blechstapel ohne Zeitverlust in den unterteilten Zustand übergeht. Dies gilt insbesondere für eng geschichtete Blechstapel, bei denen die Überführung stromstarker Lichtbogen in den unterteilten Zustand in herkömmlichen Anordnungen nicht möglich ist. Weiter ist es möglich, die Isolierplatten 9 b^ in die Blechschlitze hinein zu verlängern. Dadurch läßt sich einmal die Wanderungsgeschwindigkeit de; Bogens innerhalb der Sch'iitzlänge steigern und lasser sich noch höhere Ströme beherrschen, bei denen die entsprechend stärkere Lichtbogensäule bereits zi sehr seitlich in Zwischenräume der Blechzungen ausgreifen und die dort verlaufende Ausgleichsströmun§ stören würde.

Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, der Querschnitt des lichtbogenfreien Raumes kleiner zi halten als den Querschnitt zwischen den Platten, da mit, von der Kontaktstelle aus gesehen, der Strömungswiderstand in Laufrichtung des Bogens kleine: ist als in Gegenrichtung.

Weiterhin ist es möglich, zur Plalzersparnis ein« der Isolierplatten 9 wegzulassen. Am Prinzip ander sich dadurch nichts, allerdings erfordert eine derartig« Unsymmetrie besondere Maßnahmen in der Form gebung der Anordnung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einpoliger Selbstschalter in Schmalbauform mit je einem ortsfesten und einem beweglichen Kontaktstück zurEinfachunierbrechung, mit einem im Schalteroberteil untergebrachten Schaltmechanismus, mit einem die Lichtbogenkammer bildenden kastenförmigen Schalterunterteil, der mit parallel zur Lichtbogenkammerbodenwand, die gleichzeitig die Bodenwand des Schalters ist, angeordneten Löschblechen ausgerüstet ist und bei dem die Kontaktunterbrechungsstelle an einer Schmalseite der Lichtbogenkammer vor den Löschblechen so angeordnet ist, daß das ortsfeste Kontaktstück ir.it seiner Stromzuführungsleitung zusammen mit dem als Schub- oder Schwenkkontakt ausgebildeten beweglichen Kontaktstück und einem zu diesem gehörigen Kontaktträger eine U-förmige, senkrecht zu den den größten Teil der Lichtbogenkammer einnehmenden Löschblechen orieniierie BJasschleife bildet nach Patent i i 94 489, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise im Bereich vor den Löschblechen zwei die Kontaktanordnung (6, 8) flankierende, bis an die Löschbleche heranreichende und im übrigen größtenteils frei stehende Isolierstoffplatten (9) vorgesehen sind und daß diese von den Wänden des kastenföimigen Schalterunterteils so weit umhüllt werden, daß die Lichtbogenkammer im Bereich vor dem Löschblechstapel im wesentlichen nur zum Löschbleclistapel hin offen ist.

2. Selbstschalter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenkammer im Bereich vor dem Löschblechstapel so gasdicht ausgeführt ist. daß ihre Wände die Kontaktanordnung sowie die diese flankierenden IsolierstofT-platten (9) bis auf einen zur Führung des beweglichen Kontaktes (6) dienenden Schlitz gcjen benachbarte Gehäuseräume und die I hngebung verschließen und damit eine Entlüftung der von der Lichtbogenenergie unter Überdruck gebrachten Lichtbogenkammer gegen die Laufrichtung des Lichtbogens vollständig verhüten.

3. Selbstschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtbogenfreicn Räume (10) zwischen den IsolicrsiolTplaiien (9) und den Wänden (1) tier Lichtbogenkammer in ihrem GesamU|iiersclinitt kleiner gehalten sind als der Querschnitt zwischen den IsolierstolTplattcn.

4. Selbstschalter nach Anspruch 1 bis .1, dadurch gekennzeichnet, daß tür die Isolierplatten (9) in an sich bekannter Weise yasabgebendes Material verwendet wird.

5. Selbstschalter nach Anspruch 1 bis 4. gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der Kontakte (6) und Laufschienen (8). daß der Lichtbogen den Raum /wischen den lsoiierslorT-platten ganz ausfüllt.

6. Selbstschalter nach Anspiuch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstolfplatten (9) bis in die Blechschlit/e (2h) hinein verlängert sind.