DE1189635B - UEberstromschalter fuer hohe Stroeme - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02d

Deutsche Kl.: 21c-69

Nummer: 1189 635

Aktenzeichen: E 19074 VIII b/21 c

Anmeldetag: 23. März 1960

Auslegetag: 25. März 1965

Nach wie vor besteht in der Schaltertechnik das Bestreben, immer kleinere und wirtschaftlichere Schalter zu schaffen, die bei raumsparenden Abmessungen eine große Leistungsfähigkeit aufweisen sollen. Diese Tendenz ist bedingt durch die fortschreitende Elektrifizierung, die die Kurzschlußströme in den Leitungsnetzen stark ansteigen läßt. Es müssen also mitunter mit den bisher installierten Schaltern größere Leistungen abgeschaltet werden. Reichen diese Schalter nicht aus, so müssen sie ausgebaut und auf dem gleichen Raum neue Schalter installiert werden, die den erhöhten Anforderungen entsprechen und die die im Leitungsnetz auftretenden hohen Kurzschlußströme abschalten können.

Bisher war es üblich, Überstromschalter mit einer thermischen und elektromagnetischen Auslösung zu versehen, wobei die thermische Auslösung bei thermischer Überlastung und die magnetische Auslösung beim Auftreten von Kurzschlußströmen erfolgte. Es sind auch Überstromschalter bekannt, die nur eine thermische Auslösung aufweisen.

Der Erfindung bezieht sich auf einen solchen mit einer thermischen Auslösung und einer Freiauslösung versehenen druckknopfbetätigten Überstromschalter mit einer als Winkelhebel ausgebildeten Kontaktbrücke, die auf Ansätzen einer mit dem unter Federdruck stehenden Druckknopf durch eine Schaltstange starr verbundenen Schaltbrücke frei schwenkbar und in Achsrichtung der Schaltstange entgegen der Kraft einer sich an der Schaltbrücke abstützenden Feder verschiebbar gelagert ist und beim Ausschalten von den Ansätzen gegen einen Schräganschlag gedrückt und beim Einschalten von der Schaltbrücke an ihrem Anschlag mitgenommen und zum Einrasten hinter eine Haltenase des Bimetallstreifens gebracht wird. Es ist ein Überstromschalter dieser Art bekanntgeworden, der nur zum Abschalten von mittleren und kleineren Strömen Verwendung finden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überstromschalter der oben bezeichneten Art zu schaffen, der in raumsparendster Weise so ausgebildet ist, daß er hohe Ströme, beispielsweise bei stromdurchflossenem Bimetall 5000 Ampere bei 125VoIt Wechselstrom, mit Sicherheit abschalten kann. Hierbei soll sich insbesondere die Kriechstromfestigkeit des Schalters auch bei großer Schalthäufigkeit nicht ändern, so daß der Schalter stets in der Lage ist, innerhalb kürzester Zeit den Stromkreis zu unterbrechen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gehäusewände in der Umgebung des festen Kontaktes zur Vermeidung von leitenden Brücken Überstromschalter für hohe Ströme

Anmelder:

Ellenberger & Poensgen G. m. b. H.,

Altdorf bei Nürnberg, Industriestr. 684

durch Metalldampfniederschlag aus dem Lichtbogen mit Rippen versehen sind, die zu den den festen Kontakt mit dem in Ausschaltstellung befindlichen beweglichen Kontakt bzw. den Spannung führenden Metallteilen verbindenden Linien etwa senkrecht stehen.

Bekanntlich bilden sich beim Auftreten eines Lichtbogens Gase, die Kontaktmaterialien in feinverteilter Form aufweisen. Diese Metallteilchen können

zo sich bei den bekannten Schaltern an den Gehäuse wänden niederschlagen und leitende Brücken bilden, wodurch die Kriechstromfestigkeit der bekannten Schalter stark herabgesetzt wird. Da jedoch gemäß der Erfindung der feste Kontakt vollständig von Rippen umgeben ist, schlagen sich diese feinen Metallteilchen nur an den Flächen nieder, die unmittelbar dem Gasstrom ausgesetzt sind. Die Vertiefungen zwischen den einzelnen Rippen, die im Schatten dieses Gasstromes liegen, bleiben im wesentlichen frei von Niederschlägen. Diese Vertiefungen verhindern demnach das Entstehen einer leitenden Niederschlagsbrücke zwischen den Kontakten bzw. den unter Spannung stehenden Metallteilen.
Es sind Schalter bekannt, die im Bereich der Schaltkontakte relativ hohe, parallel zueinander angeordnete Rippen aufweisen, zwischen denen Kanäle bzw. Kammern gebildet werden, in die der Lichtbogen eindringt und in denen er abgekühlt, entionisiert und gelöscht wird. Um das Eindringen des Lichtbogens in diese Kanäle bzw. Kammern zu beschleunigen, werden Blasspulen verwendet. Derartige aufwendige Lichtbogenlöscheinrichtungen sind beim erfindungsgemäßen Überstromschalter nicht vorgesehen. Die mit diesen Lichtbogenlöscheinrichtungen versehenen Schalter haben den Nachteil, daß sich bei ihnen außerhalb der Rippen Niederschläge von verdampftem Kontaktmaterial bilden können, wodurch die Kriechstromfestigkeit stark herabgesetzt wird, die beim erfindungsgemäßen Uberstromschalter stets erhalten bleibt, da die den festen Kontakt vollständig umgebenden Rippen die Bildung einer zusammenhängenden Niederschlagsbrücke verhin-

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dern. Es können mehrere Rippen parallel zueinander angeordnet sein, so daß sich eine Hintereinanderschaltung von niederschlagsfreien Zonen ergibt. Der erfindungsgemäße Schalter weist eine Momentein- und ausschaltung auf, und zwar infolge der besonderen Ausbildung und Anordnung seiner Kontaktbrücke. Um diesen Vorteil der Momentein- und -ausschaltung beibehalten zu können, aber trotzdem nur eine einzige Trennstelle im Bereich des festen Kontaktes zu erhalten, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung das freie Ende des Bimetallstreifens mit der Kontaktbrücke durch eine flexible Leitung verbunden. Dadurch ist die Lichtbogenbildung nur auf diese Trennstelle beschränkt.

Um auch im Bereich der Haltenase des Bimetallstreifens die Bildung einer Niederschlagsbrücke mit Sicherheit zu verhindern, sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung auch im Bereich dieser Haltenase parallel zueinander liegende Rippen an beiden gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet.

Sollen besonders hohe Stromstärken abgeschaltet werden, dann weist das Gehäuse im Bereich der Trennstelle beiderseitig schlitzförmige Durchbrechungen auf, wodurch dem Lichtbogen und den sich dabei bildenden Gasen ein Heraustreten aus dem Schaltergehäuse ermöglicht und die Löschung des Lichtbogens beschleunigt wird. Um die Kriechstrecken zu verlängern und damit die Kriechstromfestigkeit zu erhöhen, sind in die berührbaren Metallteile zusätzliche Isolierstücke, beispielsweise Buchsen, eingesetzt. So ist z. B. die Schaltstange im Bereich der Gehäusebohrung mit einer Isolierbuchse versehen.

Infolge Anordnung einer einzigen Trennstelle ist es möglich, wertvolles Kontaktmaterial beim erfindungsgemäßen Schalter für den festen und an der Kontaktbrücke angeordneten beweglichen Kontakt zu verwenden. So kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung als Kontaktmaterial in an sich bekannter Weise Wolfram-Silber verwendet werden, das beispielsweise aus 30% Wo, 30% WoC und 40% Ag besteht.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Ansprüche sind in den Figuren dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht eines geöffneten Überstromschalters,

F i g. 2 das Gehäuseteil nach F i g. 1 ohne Schalterteile,

Fig. 3 das den Schalter nach Fig. 1 abdeckende Gehäuseteil,

F i g. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel des Überstromschalters,

Fig. 5 eine Ansicht des Schalters nach Fig. 4 in vergrößertem Maßstabe, wobei das obere Gehäuseteil abgenommen ist,

F i g. 6 das untere Gehäuseteil nach F i g. 5 ohne Schalterteile,

F i g. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII dei Fig. 6,

Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 6,

Fig. 9 das obere Gehäuseteil nach Fig. 4 in perspektivischer Ansicht und in vergrößertem Maßstabe,

Fig. 10 eine Einzelheit aus Fig. 5,

Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Überstromschalters,

Fig. 12 das untere Gehäuseteil des Schalters nach Fig. 11 in vergrößertem Maßstabe ohne Schalterteile und

Fig. 13 das obere Gehäuseteil des Schalters nach Fig. 11 in vergrößertem Maßstabe.

Bei dem Schalter nach den Fig. 1 bis 3 besteht das Gehäuse aus den beiden Gehäusehälften 1 und 2, die etwa gleichartig ausgebildet sind. Die Gehäusehälften 1 und 2 werden durch Niete, beispielsweise Hohlniete, zusammengehalten, für die Bohrungen 3 bzw. 3' vorgesehen sind. Für den elektrischen Anschluß weist der Schalter zwei aus dem Gehäuse herausragende Anschlußfahnen 4 und 5 auf, an deren äußeren Enden Schrauben 6 angeordnet sind.

Die Anschlußfahne 4 ist in eine entsprechende Aussparung 47 der Gehäusehälfte 1 eingelegt und wird durch die Gehäusehälfte 2 in ihrer Lage formschlüssig gehalten. An ihrem inneren Ende besitzt die Anschlußfahne 4 einen Kontakt 7, der mit einem beweglichen Kontakt 8 zusammenarbeiten kann. Der Kontakt 8 ist an einer Kontaktbrücke 9 befestigt. Die winkelförmig ausgebildete Kontaktbrücke 9 weist in ihrem Schenkel 9' eine Bohrung auf, durch die eine Schaltstange 10 mit großem seitlichem Spiel

as hindurchgreift, so daß die Kontaktbrücke 9 sich einerseits auf der Schaltstange 10 in axialer Richtung verschieben und andererseits drehen kann. Die Drehung erfolgt hierbei auf Ansätzen 11 einer am unteren Ende der Schaltstange 10 starr befestigten Schaltbrücke 12. Auf den gemäß F i g. 1 etwa waagerecht liegenden Schenkel 9' der Kontaktbrücke 9 wirkt eine Druckfeder 13 ein, die sich mit ihrem unteren Ende auf der Schaltbrücke 12 abstützt. Die Ansätze 11 dienen außerdem zur Führung der Schaltbrücke 12 bei Betätigung des mit der Schaltstange starr verbundenen Druckknopfes 14, wozu die beiden Gehäusehälften Führungsnuten 15 und 15' aufweisen. Die Schaltstange 10 ist noch in einer Beilegscheibe 16 in senkrechter Richtung verschiebbai geführt, die sich am Grunde einer Bohrung 17 des Gehäuses 1, 2 abstützt. Zur leichteren Einführung der Schaltstange 10 weist die Gehäusehälfte 1 in diesem Bereich einen Schlitz 18 auf. Zur Befestigung des Gehäuses dienen seitliche Flansche 19 und 20.

Eine Druckfeder 21, die sich einerseits auf der Beilegscheibe 16 und andererseits am Druckknopf 14 abstützt und auf der Schaltstange 10 angeordnet ist, hält den Druckknopf 14 in der in F i g. 1 dargestellten Lage. Die Druckfeder 21 ist stärker ausgebildet als die Druckfeder 13.

An der Anschlußfahne 5 ist der Heizstreifen 22 des Bimetallstreifens 23 befestigt, dessen anderes Ende mit dem freien Ende des Bimetallstreifens 23 elektrisch verbunden ist. Der Bimetallstreifen 23 weist eine aus ihm herausgestanzte Abbiegung 24 auf, die auf dem Kegel 25 einer Einstellschraube aufliegt. Mit dieser Einstellschraube kann die Haltenase 26 des Bimetallstreifens 23 genau eingestellt werden. Die Haltenase 26 dient zur Arretierung der Kontaktbrücke 9 in ihrer Einschaltstellung. Bei Durchbiegung des Bimetallstreifens 23 im Uhrzeigersinn gibt die Haltenase 26 die Kontaktbrücke 9 frei, so daß diese unter Wirkung der Druckfeder 21 in die in Fig. 1 dargestellte Lage gebracht wird. Die Druckfeder 13 dient zur Freiauslösung. Wird beispielsweise beim Auftreten eines Überstromes, wenn also der Bimetallstreifen gemäß F i g. 1 im Uhrzeigersinn durchgebogen wird, der Druckknopf 14 in

eingedrückter Lage gehalten, dann bewirkt die Feder 13 ein Trennen der Kontakte 7, 8.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Schalter ist auch eine Handauslösung möglich. Zu diesem Zweck besitzt dieser Schalter einen auf einem Niet 27 schwenkbar gelagerten Hebel 28, dessen Arm 29 auf das freie Ende des Bimetallstreifens 23 einwirkt. Bei Schwenkung des Hebels 28 entgegen dem Uhrzeigersinn gemäß F i g. 1 wird der Bimetallstreifen im Uhrzeigersinn geschwenkt, so daß seine Haltenase 26 ebenso wie bei der Durchbiegung infolge Überstrom die Kontaktbrücke 9 zur Auslösung freigibt.

In der Nähe des Kontaktes 8 ist an dem senkrechten Arm der Kontaktbrücke 9 eine Litze 26' befestigt, deren anderes Ende in der Nähe der Haltenase 26 mit dem Bimetallstreifen 23 verbunden ist. Es fließt also bei diesem Ausführungsbeispiel des Überstromschalters kein Strom durch den Bimetallstreifen 23, sondern lediglich durch die Heizwicklung 22.

Aus Fig. 3 ist zu ersehen, daß die Gehäusehälfte 2 einen Vorsprung 18' aufweist, der nach dem Zusammensetzen beider Gehäusehälften 1 und 2 in den Schlitz 18 der Gehäusehälfte 1 eingreift, wodurch die Schaltstange 10 sicher in dem Schlitz 18 gehalten und geführt wird.

Bei Betätigung des Druckknopfes 14 wird durch die Schaltbrücke 12 die Kontaktbrücke 9 an einem Anschlag 9" mitgenommen, bis das rechte Ende des Armes 9' hinter die Haltenase 26 des Bimetallstreifens 23 einrastet. In der in F i g. 1 dargestellten Lage liegt der Arm 9' der Kontaktbrücke 9 an einer schrägen Fläche 39 an, so daß sich die Schaltbrücke 12 im Bereich des Anschlages 9" befindet und die Kontaktbrücke 9 von der Schaltbrücke 12 mitgenommen werden kann.

Wie aus den F i g. 1 bis 3 hervorgeht, weisen beide Gehäusehälften ein Rippensystem auf. Dieses besteht aus Rippen 30, 30', 32, 32', 34, 34' und 36, 36'. Zwischen diesen Rippen bzw. neben ihnen befinden sich Vertiefungen 31, 31', 33, 33', 35, 35' und 37, 37'. Beim Auftreten eines Lichtbogens werden an der Oberfläche die Kontakte 7 und 8 so stark erwärmt, daß kleine Teilchen von der Oberfläche verdampfen, weggeschleudert werden und sich nach einiger Zeit auf der Innenseite der Gehäusehälften 1 und 2 niederschlagen. Da die Vertiefungen im Schatten der Rippen und damit im Windschatten des Gasstromes liegen, setzen sich die verdampften und zum Teil oxydierten Kontaktmetallpartikeln nicht oder nur zu einem unwesentlichen Teil an den senkrechten Wänden der Vertiefungen ab. Außerdem erfolgt durch die Rippen eine Aufteilung des Lichtbogens, die eine schnelle Löschung des Lichtbogens zur Folge hat.

Als Material für die Kontakte 7 und 8 wird Wolfram-Silber verwendet, das beispielsweise aus 30% Wo, 30% WoC und 40% Ag besteht.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist der feste Kontakt 7 an den ihn umgebenden drei Wänden des Gehäuses von den Rippen 30 bis 34' vollkommen umgeben. Das gesamte Rippensystem hat vor allem die Aufgabe, die Bildung von zusammenhängenden leitenden Niederschlagen auf den Innenwänden des Gehäuses zu vermeiden. Durch das Rippensystem erfolgt jeweils eine Unterbrechung dieser Niederschläge an den Stellen, die im Windschatten des bei der Lichtbogenbildung entstehenden Gasstromes liegen. Die Rippen 34 und 34' sind so hoch ausgebildet und gegeneinander so versetzt, daß sie in die zwischen diesen Rippen befindlichen Zwischenräume eingreifen. Auch die Rippen 30, 30' ragen über die Rippen 32, 32' hervor.

Bei dem in den F i g. 4 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen beide Gehäuseteile 1' und 2' außer den Rippen 30, 30', 32, 32', 34, 34', 36, 36' und den zwischen ihnen vorgesehenen nutenf örmigen

ίο Vertiefungen Durchbrechungen 38, 38' auf, durch die der Lichtbogen bzw. die dabei entstehenden Gase aus dem Gehäuse heraustreten können. Der Schaltmechanismus ist der gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 bis 3, jedoch wird hierbei der Bimetallstreifen 23' direkt beheizt. Er weist also keine Heizwicklung auf. Aus diesem Grunde steht der Bimetallstreifen 23' direkt mit der Anschlußfahne 5' in Verbindung, die als Steckkontakt ausgebildet ist. Auch die Anschlußfahne 4', die

ao den festen Kontakt 7 aufweist, ist als Steckkontakt ausgebildet.

Der Druckknopf 14' ist in einer Buchse 40 geführt, die ein Gewinde 41 und eine Ringnut 42 aufweist, in die zur Halterung der Buchse 40 ringas förmige Vorsprünge 43 bzw. 43' eingreifen. An der Verbindungsstelle zwischen Druckknopf 14' und Schaltstange 10', die vorzugsweise einstückig aus Isolierwerkstoff ausgebildet sein können, ist gemäß F i g. 10 eine Druckfeder 21' befestigt, die sich mit ihrem anderen Ende an einem Flansch 44 einer Isolierbuchse 45 abstützt. Da die Isolierbuchse 45 einen größeren Durchmesser aufweist als die Schaltstange 10' an ihrer Verbindungsstelle mit dem Druckknopf 14', ist, wie aus Fig. 10 hervorgeht, die Druckfeder 21' trapezförmig ausgebildet.

Der Schalter nach den Fig. 11 bis 13 weist einen ähnlichen Aufbau auf wie der Schalter nach den F i g. 4 bis 10, jedoch ist das Rippensystem etwas anders aufgebaut. Es sind beispielsweise drei Rippen 30 bzw. 30' vorgesehen, zwischen denen sich zwei nutenförmige Vertiefungen 31 bzw. 31' befinden. Ferner sind gleichfalls drei Rippen 34 in der Gehäusehälfte 1" und zwei Rippen 34' in der Gehäusehälfte 2" vorhanden, zwischen denen sich zwei nutenförmige Vertiefungen 33 bzw. drei nutenförmige Vertiefungen 33' befinden. Die Rippen 34 bzw. 34' setzen sich in niedrigeren Rippen 46 bzw. 46' fort. Aus den F i g. 12 und 13 ist ersichtlich, daß die untersten nutenförmigen Vertiefungen 33 bzw. 33' in die am Rand gelegenen nutenförmigen Aussparungen 31 bzw. 31' übergehen.

Wie bereits erwähnt, hat der erfindungsgemäße Schalter u. a. den Vorteil, daß er bei großer Leistung sehr klein ausgebildet werden kann. So besitzen z. B.

die Gehäuse der in den F i g. 4 bis 13 dargestellten Schalter folgende Abmessungen: Höhe: 46 mm; Breite: 29 mm; Tiefe: 14 mm.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Druckknopfbetätigter Überstromschalter mit einer thermischen Auslösung und einer Freiauslösung sowie mit einer als Winkelhebel ausgebildeten Kontaktbrücke, die auf Ansätzen einer mit dem unter Federdruck stehenden Druckknopf durch eine Schaltstange starr verbundenen Schaltbrücke frei schwenkbar und in Achsrichtung der Schaltstange entgegen der Kraft einer sich an der Schaltbrücke abstützenden

Feder verschiebbar gelagert ist und beim Ausschalten von den Ansätzen gegen einen Schräganschlag gedrückt und beim Einschalten von der Schaltbrücke an ihrem Anschlag mitgenommen und zum Einrasten hinter eine Haltenase des Bimetallstreif ens gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewände in der Umgebung des festen Kontaktes zur Vermeidung von leitenden Brücken durch Metalldampfniederschlag aus dem Lichtbogen mit Rippen versehen sind, die zu den den festen Kontakt mit dem in Ausschaltstellung befindlichen beweglichen Kontakt bzw. den Spannung führenden Metallteilen verbindenden Linien etwa senkrecht stehen.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Bimetallstreifens mit der Kontaktbrücke durch eine flexible Leitung verbunden ist.

3. Schalter nach einem oder beiden der vor- ao hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch im Bereich der Haltenase des Bimetallstreifens parallel zueinander liegende Rippen an beiden gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind. as

4. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse im Bereich der Trennstelle beiderseitig schlitzförmige Durchbrechungen aufweist.

5. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verlängerung der Kriechstrecken in die berührbaren Metallteile zusätzliche Isolierstücke, beispielsweise Buchsen, eingesetzt sind.

6. Schalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktmaterial in an sich bekannter Weise Wolfram-Silber verwendet wird, beispielsweise bestehend aus 30% Wo, 30% WoC und 40% Ag.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 854 680, 827 984;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1072 717,
355, 1052532, 1051951, 1011501;

deutsche Auslegeschrift L 18 601 VIIIb/21c (bekanntgemacht am 4.10.1956);

USA.-Patentschrift Nr. 2901579;

»Die Entwicklung kriechstromfester Isolierstoffe« von H. Franken, Bonn, Sonderdruck der Klöckner-Moeller GmbH., Bonn, aus »Der Elektrotechniker«, Bd. 3 (1951), H. 12, S. 357;

»Lieferprogramm« der Firma Dürrwächter, Pforzheim, 8. 50. 3000 Kl.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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