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Schalter hoher Stromtragfähigkeit, insbesondere Lasttrennschalter
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalter für das Führen und Einschalten großer
Kurzschlußströme, z. B. Lasttrennschalter, dessen durch Kontaktbrücken zu verbindende,
mit feststehenden Kontaktstücken versehene Stromschienen zumindest im Bereich der
feststehenden Kontaktstücke sich insbesondere gleichachsig gegenüberliegen und dessen
Kontaktbrücken im wesentlichen senkrecht zu ihren Kontaktflächen und achsparallel
zu den Stromschienen gegen die feststehenden Stromschienenkontaktstücke gedrückt
werden.
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Für Schalter der genannten Art ist bereits eine Anordnung mit zur
Kontaktdruckverstärkung bei Stromfluß parallelen, die festen Kontaktstücke umgreifenden
Kontaktbrücken vorgeschlagen worden, deren Schaltbewegungsebene im wesentlichen
senkrecht zur Kontakttrennebene verläuft und zwischen denen bei Stromfluß kontaktdruckverstärkende
elektrodynamische Kräfte auftreten. Durch die Parallelität der die Festkontakte
an den Stromschienen umgreifenden Kontaktbrücken ergibt sich jedoch ein relativ
aufwendiger Antrieb, da die Kontaktbrücken gegenläufig bewegt werden müssen.
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Zur Kontaktdruckverstärkung bei Stromfluß sind bei Schaltern ferner
mit den beweglichen Kontakten gekoppelte Eisenumschlüsse an sich bekannt. Diese
Eisenumschlüsse haben jedoch den Nachteil, daß sie bei relativ kleinem Strom bereits
gesättigt sind. Ferner wird durch die Eisenumschlüsse die träge Masse der beweglichen
Schaltstücke nicht unerheblich vergrößert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter für hohe
Stromtragfähigkeit der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Antrieb für
die Kontaktbrücken einfacher gestaltet und die Masse der Kontaktbrücken klein gehalten
werden kann.
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Ausgehend von der Erkenntnis, daß ein stromdurchflossener Leiter gegen
die Grenzflächen eines Mediums mit der Permeabilität #t = cc, so angezogen wird,
als wenn virtuell derselbe an der Grenzfläche gespiegelte Leiter noch einmal existiert,
wird bei einem Schalter der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgeschlagen,
daß den den einseitig zu gegenüberliegenden Stromschienen angeordneten Kontaktbrücken
ein oder mehrere ferromagnetische Körper derart zugeordnet sind, daß die die stromdurchflossenen
Kontaktbrücken umschließenden Luftfeldlinien Kräfte auf die Kontaktbrücken ausüben,
die im wesentlichen so groß sind, als wenn spiegelbildlich zu der den Kontaktbrücken
zugewandten Oberfläche des ferromagnetischen Körpers dieselben Kontaktbrücken noch
einmal vorhanden wären, die den gleich großen Strom in gleicher Richtung führen
würden wie die vorhandenen Kontaktbrücken. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der
Körper als Eisenplatte ausgebildet ist, deren den Kontaktbrücken zugewandte Grenzfläche
in geringem Abstand und im wesentlichen parallel zur Ebene der Kontaktbrücken angeordnet
ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Platte zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten
geblecht oder gesintert und kann ferner aus mehreren Teilen bestehen.
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Die vorstehend beschriebene Kontaktanordnung beim Schalter nach der
Erfindung hat gegenüber einer Kontaktanordnung mit zwei parallelen, die festen Kontaktstücke
umgreifenden Kontaktbrücken den Vorteil, daß für die bei Stromfluß kontaktdruckverstärkend
wirkende Kraft die Beziehung gilt: P = 12 # const., da der gesamte Strom eines Pols
über die eine Kontaktbrücke fließen muß. Demgegenüber gilt für zwei parallele, die
festen Kontaktstücke umgreifenden Kontaktbrücken für die kontaktdruckverstärkende
Kraft die Beziehung
Das heißt also, bei gegebener Stromstärke für einen Pol des Schalters ist bei der
Kontaktanordnung nach der Erfindung die kontaktdruckverstärkende Kraft größer. Außerdem
ergibt sich der Vorteil, daß der Kontaktantrieb einseitig zu den Stromschienen angeordnet
werden kann. Die kontaktdruckverstärkenden Kräfte können bei der erfindungsgemäßen
Anordnung je nach Bedarf so groß gemacht werden, daß sie den beim Stromfluß auftretenden
abhebenden elektrodynamischen Kräften entgegenwirken, sie kompensieren oder überkompensieren.
Diese abhebenden Kräfte
werden vor allem durch Stromeinschnürung
an den Stromübergangsstellen und durch Stromschleifen verursacht. So kann sich eine
den Festkontakten des erfindungsgemäßen Schalters zum Zwecke des besseren Lichtbogenlaufverhaltens
gegebene Schleifenform nicht nachteilig auf das Draufschaltvermögen und die Stromtragfähigkeit
des Schalters auswirken.
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An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben
und die Wirkungsweise erläutert.
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F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung im Aufriß die Kontaktanordnung
für einen Pol gemäß der Erfindung und F i g. 2 einen Grundriß, wobei alle für das
Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile fortgelassen sind.
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Die gleichachsig angeordneten Stromschienenanschlüsse 1 und 2 sind
mit Festkontakten 3 und 4 versehen. Die Stromschienenfestkontakte werden von den
mit entsprechenden Gegenkontakten 5 und 6 versehenen Kontaktbrücken 7, von denen
in F i g. 1 nur eine ersichtlich ist, überbrückt. Die eigentliche Schaltstelle liegt
zwischen den Kontakten 3 und 5, während zwischen den Kontakten 4 und
6 ein Schwenkpunkt bzw. eine Schwenkachse für die Kontaktbrücke 7 gebildet
ist. Zur Erzielung des notwendigen Kontaktdruckes zwischen den Kontakten
4 und 6 dient die Druckfeder 8, die sich mit einem Ende an den Zapfen
9 eines gehäusefesten Widerlagers 10 abstützt und mit ihrem anderen Ende
auf den mit der Kontaktbrücke 7 verbundenen Führungsstift 11 aufgeschoben
ist. Der Kontaktbrücke 7 ist ein ferromagnetischer Körper 12 derart zugeordnet,
daß die die stromdurchflossene Kontaktbrücke 7 umschließenden Luftfeldlinien 15
im wesentlichen so verlaufen, als wenn eine gleichsinnig vom gleichen Strom durchflossene
Kontaktbrücke spiegelbildlich bezüglich der Grenzfläche 13 des ferromagnetischen
Körpers 12 vorhanden wäre. Zweckmäßig ist der ferromagnetische Körper-12 als Eisenplatte
ausgebildet, deren den Kontaktbrücken zugewandte Grenzfläche 13 in geringem Abstand
und annähernd parallel zur Ebene der Kontaktbrücken angeordnet ist, und zwar derart,
daß die Breite der Grenzfläche 13 in Stromflußrichtung etwa gleich dem Abstand der
gegenüberliegenden Stromschienen 1, 2
ist, so daß die Platte 12 mit ihrer
Grenzfläche 13 zwischen die Stromschienen 1, 2 in geringem Abstand von der Kontaktbrücke
7 angeordnet werden kann. Hierdurch ist ein den gewünschten Verhältnissen weitgehend
entsprechendes Feldlinienbild erzielbar, d. h. ein solcher Verlauf der Feldlinien
15, daß eine Bespiegelte Kontaktbrücke vorgetäuscht wird. Aus Isolationsgründen,
d. h. zur Vermeidung eines Überschlages zwischen den Stromschienen 1, 2,
ist die Eisenplatte 12 mit einer Hülle 14 aus Isolierstoff um- ; geben.
Als Isolierstoff kann zum Zwecke der zusätzlichen Beblasung des Lichtbogens ein
gasabgebender Stoff, z. B. Fiber, Melaminharz-Preßstoff od. dgl., verwendet sein.
Zur Erhöhung des kontaktdruckverstärkenden Effektes kann die Kontaktbrücke in an
sich bekannter Weise noch mit einem mit der Eisenplatte 12 zusammenarbeitenden
Eisenumschluß versehen werden. Die Masse für diesen Eisenumschluß ist so zu dimensionieren,
daß die Trägheit für die beweglichen Teile nicht unzumutbar vergrößert wird. t Zur
Vermeidung von Wirbelstromverlusten wird die Eisenplatte 12 zweckmäßig aus einzelnen
geschichteten Blechen oder aber aus Sintermaterial aufgebaut. Aus F i g. 2 sind
zwei parallele, auf eine gemeinsame Stromschiene arbeitende Kontaktbrücken
7a und 7b
ersichtlich. Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der
ungefähre Verlauf der Feldlinien durch die i Linienzüge 15 angedeutet.
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Ein geeigneter Schalterantrieb ist insbesondere aus F i g. 1 ersichtlich.
Es kann ein Antrieb mit handunabhängiger Schnelleinschaltung und -ausschaltung Verwendung
finden. Als Antrieb für die Kontaktbrücke 7 ist ein aus dem Hebel 16 und der Kurvenscheibe
17 gebildetes Kniehebelsystem vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der Hebel 16 an der Rippe 18 der Kontaktbrücke 7 mit Hilfe des Bolzens 19 angelenkt.
Die Rippe 18 dient weiterhin zur Versteifung der Kontaktbrücke 7 und besteht
zweckmäßig aus einem Material geringerer Leitfähigkeit als die der eigentlichen
Kontaktbrücke, damit der Weg des kontaktdruckverstärkenden Stromes möglichst wenig
beeinflußt wird. Der Kniehebel 16 weist einen schaftartigen Teil 20 auf,
der mit der Kontaktbrücke 7 verbunden ist, und einen kragenartigen Teil 21, der
auf dem mit dem Langloch 22 an den Bolzen 23 der Kurvenscheibe angelenkten Schaft
20 längsverschieblich gelagert ist. Durch die auf den Schaft 20 geschobene Kontaktdruckfeder
24 wird der Kragen 21 gegen die Kurvenscheibe 17 gedrückt. Das Kniehebelsystem
wird durch die Schalterwelle 25 betätigt. Die Schalterwelle 25 trägt zu diesem Zweck
Kurbeln 26, die mit Stiften 27 in einem Langloch 28 der Kurvenscheibe
17
geführt sind. Zwischen Stift 27 und der Kurvenscheibe ist eine schwache
Zugfeder 29, die für die Schnellausschaltung vorgesehen ist, eingeschaltet. Das
Kniehebelsystem ist in seiner Übertotpunktlage dargestellt und stützt sich mit der
Kurvenscheibe 17 an dem Anschlag 30 ab und hält die Kontakte in geschlossener Stellung.
Soll die Kontaktanordnung aus der gezeichneten Stellung in die.Ausschaltstellung
gebracht werden, so muß die Schalterwelle 25 im Gegenzeigersinn gedreht werden.
Dabei wird die Zugfeder 29 vorgespannt. Spätestens beim Auftreffen des Stiftes 27
auf das äußere Ende der Führungsnut 28 in der Kurvenscheibe 17 wird das Kniehebelsystem
zunächst gestreckt und daran anschließend in die andere Übertotpunktlage gebracht,
wodurch die Kontaktbrücke 7 in die Aus-Stellung bewegt wird. Zur Führung der Kontaktbrücke
7 können in nicht gezeichneten, seitlich angeordneten Isoliertrennwänden noch Führungsnuten
31 vorgesehen sein.
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Bei der Streckung des Kniehebelsystems 16, 17 wird der Kragen
21 von den Steuernocken 32 der Kurvenscheibe 17 entgegen der Kraft
der Kontaktdruckfedern 24 verschoben. Es wäre auch möglich, den Kniehebel
16 aus zwei Teilen, z. B. aus Stift und Hülse, aufzubauen, zwischen denen dann eine
geeignete Kontaktdruck-bzw. Totpunktfeder einzuschalten wäre. In diesem Falle würde
der Steuernocken 32 und die Langlochführung für den Kniehebel 16 entfallen.