-
Elektrischer Schalter für große Einschaltströme Bei elektrischen Schaltern
macht bekanntlich nicht nur das Ausschalten, sondern auch das Einschalten großer
Ströme Schwierigkeiten. Die zur übertragung großer Ströme notwendigen Kontaktkräfte
erfordern nämlich sehr starke Kontaktfedern, um die Schaltstücke gegeneinanderzupressen.
Diese steife Federung führt zum Prellen, wenn die Schaltstücke beim Einschalten
aufeinandertreffen. Da somit nicht sofort ein ausreichender Kontakt vorhanden ist,
sondern die Schaltstücke sich unter Umständen noch mehrmals voneinander abheben,
kann auch beim Einschalten ein störender Abbrand auftreten.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Schalter zu schaffen,
der ohne nennenswerten Abbrand große Ströme einschalten kann, wie das z. B. für
sogenannte Draufschalter in Anlagen zur Prüfung elektrischer Schalter erforderlich
ist. Die Erfindung geht zu diesem Zweck von einem Schalter aus, dessen Schaltstück
aus einem geschlitzten Rohr besteht, das in der Einschaltstellung mit einem massiven
Gegenschaltstück zusammenwirkt. Die von den Schlitzen gebildeten Streifen eines
solchen Rohres wirken als selbstfedernde Kontaktlamellen mit verhältnismäßig steifer
Federung.
-
Erfindungsgemäß werden die von dem geschlitzten Rohr gebildeten selbstfedernden
Kontaktlamellen durch zusätzliche Federn in Richtung auf das Gegenschaltstück gedrückt.
Die zusätzlichen Federn unterdrücken die Prellbewegungen der Kontaktlamellen und
ergeben gleichzeitig eine vorteilhafte Erhöhung des Kontaktdruckes. Infolgedessen
kann der Schalter nach der Erfindung im wesentlichen abbrandfrei einschalten.
-
Als zusätzliche Federn eignen sich insbesondere Biegefedern, die im
wesentlichen parallel zu den Lamellen verlaufen. Man erhält dadurch eine Anordnung,
die in radialer Richtung nur wenig Raum beansprucht. Außerdem ergibt die Reibung,
die bei dieser Anordnung zwischen den Lamellen und den Biegefedern auftritt, eine
zusätzliche Dämpfung von Schwingungsbewegungen der Lamellen. Die Biegefedern können
z. B. einfache Stahlstäbe mit einem runden Querschnitt sein.
-
Zur Festlegung der Biegefedern genügt es, diese in Bohrungen einzusetzen.
Beispielsweise können die Bohrungen in einer an dem geschlitzten Rohr befestigten
Hülse vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, die Biegefedern zwischen zwei Ringen
festzuklemmen.
-
Das prellfreie Schalten kann bei den Schaltstücken nach der Erfindung
noch dadurch verbessert werden, daß im Bereich der freien Enden der Biegefedern
Gummipuffer vorgesehen sind, die den Weg der Kontaktlamellen vom Gegenschaltstück
weg begrenzen. Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn als Gummipuffer
ein für alle Kontaktlamellen gemeinsamer Gummiring vorgesehen ist. Der Gummiring
wirkt zweckmäßig nicht nur auf die Kontaktlamellen, sondern auch auf die den Kontaktlamellen
zugeordneten Biegefedern. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß
der Gummiring über die Biegefedern auf die Kontaktlamellen drückt.
-
Der Gummiring kann so festgelegt sein, daß er den Bewegungen der Kontaktlamellen
folgen kann. Er kann also z. B. an den Lamellen selbst bzw. an den Biegefedern befestigt
sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Gummiring an einer die Lamellen
seitlich abdeckenden Haube anzuordnen, so daß er nicht ausweichen kann. Der Gummiring
wird dann bei Bewegungen der Kontaktlamellen zusammengedrückt und ergibt eine besonders
starke Dämpfungswirkung.
-
Die erfindungsgemäße Bauweise ist nicht nur für das mit einem beweglichen
oder feststehenden massiven Schaltstück zusammenwirkende feststehende bzw. bewegliche
Schaltstück geeignet, sondern auch als Gleitschaltstück zur Stromübertragung auf
ein bewegliches Schaltstück. Man kann also als Gleitschaltstück ebenfalls Lamellen
vorsehen, die von einem geschlitzten elastischen Rohr gebildet werden und unter
der Wirkung von Federn stehen.
-
Die Einschaltfestigkeit kann in Weiterbildung der Erfindung außerdem
durch einen Vorkontakt aus schwer schmelzbarem Material verbessert werden, an dem
beim Einschalten ein Vorüberschlag erfolgt, bevor das Gegenschaltstück in die Lamellen
des geschlitzten Rohres eingreift. Hierbei ergibt sich ein besonders vorteilhafter
Aufbau, wenn der Vorkontakt in der Einschaltstellung ohne mechanische Berührung
mit einem Gegenschaltstück zusammenwirkt, in das
er eingreift oder
von dem er umgeben wird. Auf diese Weise ist nämlich sichergestellt, daß Abbranderscheinungen,
die zu Unebenheiten führen, nicht die Einschaltbewegung stören können. Da der Vorkontakt
selbst keinen Strom zu übertragen hat, kann man mit einem Vorkontakt verhältnismäßig
kleiner Abmessungen auskommen. Der Vorkontakt kann deshalb innerhalb der mit Federn
versehenen Kontaktlamellen angeordnet werden.
-
Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
dargestellt. Es handelt sich um die Kontaktanordnung eines Draufschalters, beispielsweise
für den Hochstromkreis einer synthetischen Prüfschaltung.
-
Das feststehende Schaltstück ist als Ganzes mit 1 bezeichnet. Es wirkt
mit einem ringförmigen massiven beweglichen Schaltstück 2 zusammen, das durch
einen Stapel Tellerfedern 3 in die Einschaltstellung in Eingriff mit dem Schaltstück
1 gebracht werden kann.
-
Das feststehende Schaltstück besteht im wesentlichen aus einem Kupferrohr
5. Das Rohr ist auf der dem Gegenschaltstück 2 zugekehrten Seite geschlitzt, so
daß Kontaktlamellen 6 entstehen. Die Kontaktlamellen stellen Biegefedern
dar. Sie entwickeln deshalb, wenn sie vom Schaltstück 2 bei dessen Eindringen auseinandergedrückt
werden, eine Kontaktkraft, wie an sich bekannt ist.
-
Die Kontaktkraft der Lamellen selbst wird bei der Erfindung durch
zusätzliche Biegefedern 10 vergrößert, die etwa parallel zu den Kontaktlamellen
verlaufen. Als Biegefedern werden beim Ausführungsbeispiel Stahlstäbe mit einem
kreisförmigen Querschnitt verwendet. Für jede Lamelle 6 ist ein Stahlstab
10 vorgesehen.
-
Die Stahlstäbe 10 sitzen in Bohrungen 11 eines Metallringes
12, der das rohrförmige Schaltstück umgibt. Durch die Neigung der Bohrung 11 ist
die Vorspannung gegeben, mit der die Kontaktlamellen 6 in der Ausschaltstellung
des Schalters nach innen zusammengedrückt werden.
-
Die Lamellen des feststehenden Schaltstückes 1 werden einschließlich
der Federn 10 von einer Abschirmung 14 umgeben, die aus einem zylindrischen
Blech 15 und einem nach innen gewölbten Ring 16 besteht. Am freien Ende der Lamellen
ist zwischen dem Blech 10 und Ring 16 ein Gummiring 17 mit kreisförmigem
Querschnitt eingelegt.
-
Im Inneren des feststehenden Schaltstückes ist ein Ring
20 aus schwer schmelzbarem Material in eine Hülse 21 eingeschraubt. Zwischen
der Hülse 21 und dem Rohr 5 ist ein Stapel von Hartgeweberingen mit dazwischenliegenden
Gummiringen als Dämpfungsblock 22 zum Abbremsen der Einschaltbewegung angeordnet,
der mit Hilfe eines auf die Hülse 21 aufgeschraubten Ringes 23 festgelegt ist. Der
Block 22 begrenzt in der Ausschaltstellung die von den Biegefedern 10 verursachte
Darchbiegung der Lamellen 6 nach innen.
-
Das Schaltstück 2 begeht aus einem etwa rohrförmigen Körper
mit einem leicht konisch zugespitzten vorderen Bereich 25 und einem zylindrischen
Bereich 26, der von einer Platte 27 getragen wird. In die Platte 27 ist ein
zentrisch angeordneter Bolzen 28 aus einem schwer schmelzbarem Material eingeschraubt.
-
Der Stromübergang von dem beweglichen Schaltstück 2 zu feststehenden
Anschlüssen, die nicht dargestellt sind, erfolgt über ein Gleitschaltstück, das
ähnlich aufgebaut ist wie das feststehende Schaltstück 1. Es besteht aus einem geschlitzten
Kupferrohr 30 mit den Lamellen 31 und den auf der Außenseite der Lamellen
aufliegenden Stahlstäben 32 mit einem kreisförmigen Querschnitt. Die Stahlstäbe
sind in Bohrungen 33 einer auf dem Rohr 30 sitzenden Hülse
34 befestigt. Als äußere Abschirmung des Gleitschaltstückes dienen ein Rohr
39 und ein von diesem getragener, nach innen gebogener Ring 40. Am freien
Ende der Lamellen 31 ist zwischen den Stahlstäben 32 und dem Ring
40 ein Gummiring 41 mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet.
-
Zum Einschalten des Schalters wird durch eine nicht dargestellte Klinke
das bewegliche Schaltstück 2 freigegeben. Es bewegt sich unter der Wirkung der Tellerfedern
3 mit großer Geschwindigkeit nach links in die Einschaltstellung. Unter dem Einfluß
der an den Schaltstücken 1 und 2 anstehenden Hochspannung erfolgt zunächst ein Vorüberschlag
zwischen dem Ring 20 und dem Vorkontakt 28. Die Berührung zwischen
dem Teil 25 des Schaltstückes 2 und den Lamellen 6 erfolgt deswegen vorüberschlagsfrei.
-
Die Lamellen 6 werden nun von dem konischen Teil 25 auseinandergepreßt.
Dazu wird zunächst nur etwa ein Drittel der Kontaktkraft in der Einschaltstellung
benötigt, da in der Ausschaltstellung die Federkraft der Stahlstäbe 10 durch die
Gegenkraft der über die Mittellage ausgelenkten Lamellen 6 zum Teil aufgehoben ist.
Das Schaltstück 2 gelangt deshalb ohne übermäßige Reibung in Eingriff mit den Lamellen.
Dann steigt die Kontaktkraft an, und zwar in ständig wachsendem Maße, weil die Federkraft
der Lamellen 6, nachdem diese über ihre Mittellage zurückgebogen wurden, sich zu
der Federkraft der Stahlstäbe 10 addiert. Durch das zunächst allmähliche, dann aber
starke Ansteigen der Kontaktkraft wird ein Prellen vermieden. Der Schalter kann
daher, wie Versuche gezeigt haben, ohne Abbranderscheinungen sehr große Einschaltströme
bis in der Größenordnung von einigen hundert Kiloampere tragen.
-
Gegen Ende des Einschalthubes wird der Gummiring 17 beim Auseinanderdrücken
der Kontaktlamellen 6 über die sich nach außen bewegenden Stahlstäbe 10 deformiert.
Er bremst deshalb die Bewegungen der Stahlstäbe und Lamellen nach außen sanft ab.
-
Die konische Form des Gegenschaltstückes bietet den Vorteil, daß der
Kontaktdruck der als Gleitschaltstück vorgesehenen Lamellen 31 beim Beginn der Einschaltbewegung
verhältnismäßig klein ist. Das Gegenschaltstück 2 erhält deshalb beim Einschalten
eine sehr hohe Geschwindigkeit. Erst nachdem das Gegenschaltstück einen Einschaltweg
entsprechend der Länge des konischen Teiles zurückgelegt hat, tritt die volle Kontaktkraft
auf, die für das Führen großer Ströme notwendig ist.
-
Durch den Gummiring 41 und durch das Zusammenwirken der Lamellen 31
mit den Stahlstäben 32 werden auch beim Gleitschaltstück Schwingungen vermieden,
so daß ein guter Stromübergang gewährleistet ist.
-
Zum Ausschalten wird das Gegenschaltstück entgegen der Wirkung der
Federn nach rechts bewegt. Hierzu kann entweder ein Druckluftantrieb vorgesehen
sein. Es können aber auch andere dem Fachmann bekannte Mittel zum Ausschalten verwendet
werden. Bei dem dargestellten Draufschalter stellt
das Ausschalten
deshalb kein Problem dar, weil der Schalter leistungslos geöffnet wird.