DE1226693B - Elektrischer Schalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIh

Deutsche Kl.: 21c-40/52

Nummer: 1226 693

Aktenzeichen: G 37431 VIII d/21 c

Anmeldetag: 2. April 1963

Auslegetag: 13. Oktober 1966

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Schalter, dessen feststehender Kontaktteil und dessen beweglicher Kontaktteil jeweils im Abstand von einer elektrisch mit dem Kontaktteil verbundenen ringförmigen und feststehenden Lichtbogenführung umgeben sind, wobei die beiden Lichtbogenführungen miteinander fluchtend unter Bildung eines Lichtoogenspaltes zwischen ihnen angeordnet sind. Derartige Schalter sind bekannt. Indem man bei einem solchen Schalter die bewegliche Schalterelektrode statt aus einem einheitlichen Teil aus zwei gegeneinander beweglichen Teilen aufbaut und den einen dieser Teile, nämlich die obenerwähnte Lichtbogenführung, räumlich fest anordnet, erreicht man eine wesentliche Verkleinerung der bei der Öffnung und Schließung des Schalters zu bewegenden Masse. Dies ist zwar aus mehreren Gründen außerordentlich vorteilhaft, bringt jedoch eine Reihe von Problemen mit sich, die gemäß dem bisherigen Stand der Technik nicht zufriedenstellend gelöst werden konnten.

Eines dieser Probleme, das besonders bei Vakuumschaltern auftritt, besteht darin, daß der Spielraum zwischen dem beweglichen Kontaktteil und der benachbarten Lichtbogenführung sich mit bei der Lichtbogenbildung entstehenden Produkten zusetzt oder verstopft, was zu einer Störung der freien Bewegung des Kontaktteiles führen kann. Zwar kann diese Schwierigkeit dadurch beseitigt werden, daß man den Spielraum größer macht; jedoch wird es, je größer dieser Spielraum ist, um so schwieriger, ein rasches Übersetzen oder Herüberspringen des Bogenkopfes vom beweglichen Kontaktteil auf die Lichtbogenführung zu erreichen. Je länger sich das Übersetzen des Bogenkopfes über den Spielraum verzögert, desto stärker wird der erodierende Einfluß des Lichtbogens auf den Kontaktteil und desto geringer wird die Wahrscheinlichkeit, daß der Schalter beim Unterbrechen starker Ströme bereits beim ersten Nulldurchgang des Stromes frei wird.

Die Erfindung hat es sich zur Hauptaufgabe gemacht, ein sehr rasches Herübersetzen des Lichtbogenkopfes über den genannten Spielraum selbst dann zu erreichen, wenn der Spielraum so groß ist, daß keine Verstopfung auftreten kann.

Dabei soll das Herübersetzen des Lichtbogenkopfes zu dem Zeitpunkt stattfinden, da der bewegliche Kontaktteil sich erst über ein kurzes Stück seines Öffnungshubes, und zwar um wesentlich weniger als den Mindestabstand zwischen der Lichtbogenführung und der .anderen Elektrode, bewegt hat.

Weiter soll eine Kontaktanordnung geschaffen Elektrischer Schaker

Anmelder:

General Electric Company,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold,
Patentanwälte, München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Joseph William Porter, Media, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 3. April 1962 (184 704)

werden, bei der die Lichtbogenzündungsgebiete der beiden Elektroden bei voll geöffneter Kontaktanordnung elektrostatisch abgeschirmt sind, um die Möglichkeit eines dielektrischen Durchschlags zwischen diesen Gebieten zu verkleinem.

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Schalter, dessen feststehender Kontaktteil und dessen beweglicher Kontaktteil jeweils im Abstand von einer elektrisch mit dem Kontaktteil verbundenen ringförmigen und feststehenden Lichtbogenführung umgeben sind, wobei die beiden Lichtbogenführungen miteinander fluchtend unter Bildung eines Lichtbogenspaltes zwischen ihnen angeordnet sind.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontaktteil becherförmig mit einem mit dem feststehenden Kontakt kontaktgebenden Boden und einer von der Kontaktstelle nach rückwärts verlaufenden Rohrwandung ausgebildet ist und daß die beiden Kontaktteile rückwärts der Kontaktstelle jeweils eine Ausnehmung haben, die einen Einsatz aus einem Material mit gegenüber dem benachbarten Werkstoff, der hohen spezifischen Widerstand enthält und so geformt und angeordnet ist, daß der die Kontaktstelle durchfließende Strom in unmittelbarer Nähe der Kontaktstelle auf einen schleifenförmigen Weg, der schließlich über die Lichtbogenführungen verläuft, gezwungen wird.

Die nachfolgende Beschreibung an Hand der Zeichnung erläutert 'die Erfindung, ohne sie einzuschränken. In der Zeichnung zeigt

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Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform nach oben gedrückt, so daß die Kontaktteile20 und eines erfindungsgemäßen Vakuumschalters, wobei 24 einander wieder berühren und dadurch der die Schalterkontaktanordnung in geschlossener Stel- Stromkreis durch die Kontaktteile geschlossen wird,

lung gezeigt ist, Die Betätigungsstange 21 ragt durch eine Öffnung

Fig. 2 eine Querschnittsansicht, welche die Kon- 5 in der unteren Stirnkappe 13 nach außen, wobei ein taktanordnung des Schalters nach Fig. 1 in teilweise flexibler Metallbalg29 den Raum um die Stange21

geöffneter Stellung zeigt, abdichtet, so daß sich die Stange ohne Beeinträchti-

F i g. 3 eine der F i g. 2 entsprechende Quer- gung des Vakuums innerhalb des Gehäuses 10 verti-

schnittsansicht, bei der die Kontaktanordnung in kai bewegen kann. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Balg

etwas weiter geöffneter Stellung gezeigt ist, io 29 an seinen beiden Enden abdichtend an der Betäti-

F i g. 4 eine Querschnittsansicht der Kontaktanord- gungsstange 21 und der unteren Stirnkappe 13 be-

nung in voll geöffneter Stellung und festigt.

F i g. 5 einen Querschnitt in einer Ebene ent- Die bewegliche Elektrode 18 hat eine feststehende

sprechend der linie 5-5 in Fig. 1. Lichtbogenführung 30 'in Form eines den beweg-

Fig. 1 zeigt einen Vakuumschalter mit einem 15 liehen Kontaktteil 20 umgebenden Ringes. Diese hochevakuierten, gasdicht abgeschlossenen Gehäuse Lichtbogenführung 30 ist mittels eines rohrförmigen 10. Das Gehäuse 10 besteht aus einem Zylinder 11 Leiters 32, der an seinen beiden Enden -an der Stirnaus Isoliermaterial und zwei metallischen Stirn- kappe 13 und der Lichtbogenführung 30 befestigt kappen 12 und 13 an den beiden Zylinderenden. ist, auf der unteren Stirnkappe 13 montiert. Die Ver-Geeignete Verschmelzungsstellen 14 zwischen den 20 bindung zwischen der rohrförmigen Leiter 32 und Stirnkappen und dem Zylinder 11 sorgen für eine dem Lichtbogenfuhrungsring 30 ist aus später zu ervakuumdichte Verbindung zwischen diesen Teilen. läuternden Gründen vorzugsweise am Innenumfang Der normale Druck innerhalb des Gehäuses ist klei- des Lichtbogenführungsringes vorgesehen. Zwischen ner als 10~⁴ mm Hg, so daß ausreichend gewähr- dem beweglichen Kontaktteil 20 und dem Lichtleistet ist, daß die mittlere freie Weglänge für samt- 35 bogenführungsring 30 besteht um den gesamten liehe Elektronen größer ist als die Länge der Span- Außenumfang des beweglichen Kontaktteiles 20 ein nungsdurchschlagwege im Schalter. verhältnismäßig großer Spielraum 33, so daß der be-

Die isolierenden Innenflächen des Zylinders 11 wegliche Kontaktteil sich in Vertikalrichtung frei

sind gegen die Kondensation von bei der Lichtbogen- innerhalb des Lichtbogenführungsringes 30 bewegen

bildung entstehenden Metalldämpfen durch einen 30 kann. Der bewegliche Kontaktteil 20 und der Licht-

rohrförmigen Metallschirm 15, der in geeigneter bogenführungsring 30 sind mittels eines außerhalb

Weise auf dem Zylinder 11 gehaltert und Vorzugs- des Gehäuses 10 angeordneten Drahtlitzenstückes 34

weise von beiden Stirnkappen 12 und 13 isoliert ist, elektrisch untereinander verbunden,

geschützt. Dieser Schirm fängt in bekannter Weise Die feststehende Elektrode 17 hat ebenfalls eine

die Metalldämpfe ab, ehe sie den Zylinder 11 errei- 35 den zentral angeordneten Kontaktteil 24 umgebende

chen können. ringförmige Lichtbogenführung. Dieser Lichtbogen-

Innerhalb des Gehäuses 10 befinden sich zwei führungsring 36 ist allgemein fluchtend mit dem anElektroden 17 und 18, die in F i g. 1 in ihrer kontakt- deren Lichtbogenführungsring 30 im Abstand von gebenden oder geschlossenen Lage gezeigt sind. Die diesem angeordnet, so daß ein ringförmiger Sekunobere, feststehende Elektrode 17 ist in geeigneter 40 därübergangsspalt 37 zwischen den gegeneinander Weise an einer Leiterstange 17 a befestigt, die an gewandten Stirnflächen der Lichtbogenführungen geihrem oberen Ende mit der oberen Stirnkappe 12 bildet wird. Vorzugsweise ist der Lichtbogenfühverbunden ist. Die untere Elektrode 18 wird im fol- rungsring 36 mittels eines radial verlaufenden Körgenden als bewegliche Elektrode bezeichnet, obwohl perteiles 38, der an seinem Innenumfang dn geeignur ein Teil dieser Elektrode tatsächlich beweglich 45 neter Weise an die Stange 17 a angelötet ist, auf letzist. Der zentral angeordnete bewegliche Teil 20 dieser terer gehaltert.

Elektrode wird im folgenden als beweglicher Kon- Sowohl der stationäre Kontaktteil 24 als auch der taktteil bezeichnet. Dieser Kontaktteil 20 ist in ge- bewegliche Kontaktteil 20 sind becherförmig ausgeeigneter Weise an einer stromleitenden Betätigungs- bildet. Die beiden becherförmigen Kontaktteile stange 21 befestigt, die in geeigneter Weise vertikal 50 haben jeweils einen Boden und eine hiervon nach der längs ihrer eigenen Achse beweglich gelagert 65 vom anderen Kontaktteil abgewandten Seite vorist. In F i g. 1 berührt der bewegliche Kontaktteil 20 stehende rohrförmige Wandung. So besteht z.B. in seiner obersten Stellung einen zur feststehenden der bewegliche Kontaktteil 20 aus einem Boden 40 Elektrode 17 gehörigen stationären Kontaktteil 24. und einer vom stationären Kontaktteil 24 weggerich-Wenn die Kontaktteile 20 und 24 einander in dieser 55 teten Rohrwandung 42. Ebenso besteht der stationäre Weise berühren, ist der Schalter geschlossen, so daß Kontaktteil aus einem Boden 44 und einer hiervon der Strom über die Leiterstange 17 a, den stationären hochstehenden Rohrwandung 46. Selbst bei geschlos-Kontaktteil 24, den beweglichen Kontaktteil 20 und sener Kontaktanordnung, wie in F i g. 1 gezeigt, endet die Leiterstange 21 fließen kann. Bei Abwärtsbewe- die Rohrwandung 42 des beweglichen Kontaktteiles gung der Stange 21 wird der bewegliche Kontaktteil 60 20 erst ein beträchtliches Stück hinter oder unter der 20 vom stationären Kontaktteil 24 gelöst und da- Dachfläche der Lichtbogenführung 30, so daß der durch der Schalter geöffnet. Die Stellung der Teile Kontaktteil 20 effektiv den Sekundärübergangsspalt bei vollgeöffnetem Schalter ist in F i g. 4 gezeigt, wo- 37 überbrückt. Bei beiden Kontaktteilen ist die bei der bewegliche Kontaktteil 20 über seinen vollen Außenfläche des Bechers abgerundet, so daß sich ein Abwärts- oder Öffnungshub vom stationären Kon- 65 glattes Gebilde ohne scharfe Ecken und Kanten taktteil weggezogen ist. Um den Schalter zu schließen, ergibt.

wird der bewegliche Kontaktteil 20 aus der in Die beiden becherförmigen Kontaktteile 20 und 24

Fig. 4 gezeigten Lage in die in Fig. 1 gezeigte Lage berühren einander in der Mitte 50 ihrer Böden. An

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dieser Berührungsstelle 50 setzt beim Ablösen des ist. Diese Umfangskomponente bildet mit dem Licht-Kontakttedles 24 vom Kontaktteil 20 der Lichtbogen bogen eine Stromschleife, deren dazugehöriges an. Wie noch erklärt werden wird, trägt die Becher- Magnetfeld den Lichtbogen in Umfangsrichtung um form der Kontaktteile sehr wesentlich dazu bei, daß die Aufsetzfläche bewegt. Eine der hier beschrieder Lichtbogen beim Trennen der Kontaktanordnung 5 benen ähnliche Schlitzanordnung ist bereits bekannt, mit der gewünschten hohen Geschwindigkeit auf die Die durch Schlitze 70 erzeugte rasche Lichtbogen-Bogenführungen 30 und 36 überspringt. Umdrehung bewirkt, daß die Menge der vom Licht-

Ein weiteres Merkmal, das zu diesem sehr raschen bogen erzeugten Dämpfe sich verringert und die Lichtbogenübersetzen beiträgt, ist das Vorhanden- Diffusion dieser Dämpfe aus dem Lichtbogenbereich sein von Einsätzen 60 aus hochohmigem Metall hinter io weg beschleunigt wird. Dadurch erhöht sich das der Kontaktberührungsstelle 50. Durch diese hoch- Stromunterbrechungsvermögen des Schalters sowie ohmigen Einsätze 60 wird der durch die Stelle 50 die Wahrscheinlichkeit, daß der Lichtbogen nach fließende Strom gezwungen, dem gestrichelt ange- dem ersten Nullstromdurchg-ang nicht wieder zündet, deuteten Weg L zu folgen. Man sieht aus Fig. 1, Dadurch, daß man die bewegliche Elektrode 18 in

daß dieser Weg L in unmittelbarer Nachbarschaft der 15 zwei gegeneinander bewegliche Teile 20 und 30 Stelle 50 einen schleifenförmigen Verlauf hat. Diese unterteilt, anstatt sie als einheitlichen Ganztedl aus-Schleife ist nach links ausgebogen und übt daher auf zubilden, kann man die während der Öffnung und den bei 50 gebildeten Lichtbogen eine magnetische Schließung des Schalters zu bewegende Masse erKraft aus, die so gerichtet ist, daß der Lichtbogen heblich verringern. Dies bedeutet einen wesentlichen nach links gedrückt wird. Je weiter sich der Licht- 20 Vorteil insofern, als man für die Betätigung des bebogen nach links bewegt, desto ausgeprägter wird die weglichen Kontaktteiles einen räumlich kleineren Schleife und desto stärker wird die den Lichtbogen Mechanismus verwenden und zugleich mit einem nach links drückende magnetische Kraft. Beispiels- Mechanismus gegebener Größe höhere Kontaktweise ist in F i g. 2 der Lichtbogen in zwei aufein- Öffnungsgeschwindigkeiten erreichen kann. Ein weianderfolgenden Lagen B und C, die er bei seiner 25 terer Vorzug der zweiteiligen Ausbildung besteht Linksbewegung durchläuft, gezeigt. Man sieht, daß darin, daß wegen der kleineren Abmessungen des die Stromschleife in dem Maße ausgeprägter wird, bewegten Teiles die sich beim Schalterbetrieb erwie sich der Lichtbogen über die Lage Bin die Lage C gebenden mechanischen Beanspruchungen geringer bewegt. sind.

F i g. 3 zeigt die voraussichtliche Lage des Licht- 30 Eine bisher bei Verwendung von beweglichen bogens, nachdem er die Lage C in Fig. 2 durch- Elektroden mit zwei gegeneinander bewegbaren kufen hat und mit seinem oberen Ende oder Kopf Teilen auftretende Schwierigkeit liegt jedoch darin, auf die obere Lichtbogenführung 36 übergesprungen daß der zwischen den beiden Teilen nötige Spielist. Das untere Ende oder der untere Kopf des Licht- raum sich mit bei der Lichtbogenbildung anfallenbogens hat nunmehr den rohrförmigen Wandungsteil 35 den Produkten verstopfen kann, wodurch möglicher-42 des beweglichen Kontaktteiles 20 erreicht, wo- weise die freie Gegeneinanderbewegung der Teile durch in den schleifenförmigen Stromweg eine Ab- gestört wird. Dieses Problem ist besonders bei Vawärtsbiegung eingeführt wird. Dadurch wird der kuumschaltern akut, da man im Vakuum gewöhnlich untere Lichtbogenkopf in verstärktem Maße längs nur eine sehr geringe gleitende Reibung zulassen der Außenfläche der Rohrwandung 42 gegen die 40 kann. Bei dem gezeigten Aufbau der Kontaktanorduntere Lichtbogenführung 30 gedrückt. Wenn der _nung ist dieses Problem zum Teil dadurch gelöst, daß Lichtbogen auf die Führung 30 aufgesetzt hat, er- der Spielraum zwischen dem Kontaktteil 20 und der streckt er sich zwischen den beiden Führungen 30 Lichtbogenführung 30 so groß gemacht ist, daß und 36 über den Sekundärspalt 37. ^ etwaige durch den Lichtbogen erzeugte lose Teilchen

Anschließend wird der Lichtbogen mit hoher Ge- 45 entweder ganz durch den Spielraum passieren oder, schwindigkeit um die Schalterachse längs der gegen- falls sie in diesem Bereich festgehalten werden, den einandergerichteten Flächen der Lichtbogenführun- Spielraum wegen seiner verhältnismäßig großen gen 30 und 36 gedreht. Durch diese rotierende Bewe- Weite nicht überbrücken können, gung des Lichtbogens verringert sich die durch den Durch die Vergrößerung des Spielraums wird je-

Bogen erzeugte Dampfmenge. Dadurch wird die 50 doch das Herüberspringen des unteren Lichtbogen-Diffusion der erzeugten Dämpfe beschleunigt, womit kopfes vom Kontaktteil 20 über den Spielraum auf sich die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß die Strom- die Führung 30 erschwert. Dies ist deshalb von Nachkreisöffnung mit dem nächsten Nullstromdurchgang teil, weil, je langer sich das Übersetzen des Lichtendgültig vollzogen ist. Die magnetische Kraft, wel- bogens über den Spielraum verzögert, desto stärker ehe die rasche Umdrehung des Lichtbogens bewirkt, 55 die Erosion am Kontaktteil 20 wird und desto mehr wird mittels einer Reihe von in die Lichtbogenfüh- sich die Wahrscheinlichkeit verringert, daß beim rungen 30 und 36 eingeschnittenen Schrägschlitzen Unterbrechen starker Ströme der Schalter bereits 70 gewonnen. beim ersten Nullstromdurchgang öffnet. Bezüglich

Wie man in F i g. 5 sieht, lauf en diese Schlitze 70 der verringerten Wahrscheinlichkeit der öffnung über die gesamte radiale Dicke der beiden Licht- 60 beim ersten Nullstromdurchgang ist ersichtlich, daß, bogenführungen 30 und 36. Ferner verlaufen die ein- je langer sich das Übersetzen des Lichtbogens verzelnen Schlitze 70 jeweils von der Bogenaufsetzfläche zögert, desto größer der den Kontaktteilen 20 und 24 der Führungen im spitzen Winkel zu dieser Fläche. auferlegte Anteil der Unterbrechungsarbeit und desto Diese Schlitze zwingen dem Strom, der in den an kleiner derjenige Anteil der Unterbrechungsarbeit irgendeiner Winkelstelle auf der Aufsetzfläche be- 65 wird, der zu Lasten der Lichtbogenführungen 30 und findlichen Lichtbogenkopf fließt, eine Rotorkompo- 36 geht, die wegen der Schlitze 70 und ihrer großen, nente auf, die im Bereich des Lichtbogens in Um-' verhältnismäßig kühlen Oberfläche weit besser ■ für fangsrichtung der Lichtbogenaufsetzfiäche orientiert diese Unterbrechungsarbeit geeignet sind. Das heißt,

je größer die Verzögerung ist, mit desto geringerem vom stationären Kontaktteil 24 aus verkleinert Wirkungsgrad arbeitet der Schalter bei der Strom- wird.

unterbrechung. Zweckmäßigerweise sind die Kontaktteile und die

Bei dem gezeigten Kontaktaufbau kann der untere Lichtbogenführungen aus verschiedenen Werk-Kopf des Lichtbogens den Spielraum zu einem Zeit- 5 stoffen gefertigt, und zwar bestehen die Lichtbogenpunkt überspringen, da der bewegliche Kontaktteil 20 führungen vorzugsweise aus Kupfer, die Kontaktteile sich erst über einen kleinen Bruchteil seines gesam- dagegen aus einer Legierung, die einen hohen Widerten Öfrnungshubes bewegt hat, und dies, obwohl der stand gegen Kontaktverschweißung hat, z. B. Spielraum, um ein Verstopfen und womögliches Fest- Kupfer-Wismut, Kupfer-Blei oder ähnlich wirksame fressen des beweglichen Kontaktteiles zu verhindern, io Materialien. Die Kontaktstangen bestehen vorzugserweitert ist. Diese extrem rasche Lichtbogenüber- weise aus Kupfer. Die Einsätze 60 bestehen aus einem tragung ist erstens den starken magnetischen Kräften, Material, wie z. B. korrosionsbeständigem Stahl, die den Lichtbogen vom Augenblick seiner Zündung dessen elektrischer Widerstand groß gegenüber dem an nach links (gesehen in Fig. 1) drücken, und des Materials der Kontaktteile und Stangen ist. zweitens der Tatsache, daß die Rohrwandung 42 des 15 Zu beachten ist, daß die Einsätze 60 den durch beweglichen Kontaktteiles 20 einen unmittelbar ver- die Kontaktteile fließenden Strom auf den gewünschfügbaren Stromleitweg bildet, längs dessen der ten schleifenförmigen Weg L zwingen, obwohl die untere Lichtbogenkopf sofort -bei Zündung des Kontaktteile sich an einem in der Längsachse der Bogens, ohne auf eine weitere Kontakttrennung war- beiden Leiterstangen 21 und 17a 'gelegenen Punkt 50 ten zu müssen, in die Nähe der Führung 30 laufen 20 berühren. Diese Lage der Kontaktgabestelle ist insokann, zuzuschreiben. Ein weiterer Umstand, der zu fern wünschenswert, als dadurch die bei der Konder hohen Lichtbogenübertragungsgeschwindigkeit taktschließung erzeugten Stoßkräfte in bezug auf die beiträgt, ist die Tatsache, daß, sobald der Licht- Stangen 17 a und 21 nahezu gänzlich Druckkräfte bogen die untere Bogenführung 30 berührt und sich sind, d. h. eine nur kleine oder gar keine Hebel- oder ein kleines Stück radial nach außen bewegt, eine 35 Seitwärtskomponente haben. Die Einsätze 60 sind radial nach außen gerichtete magnetische Kraft auf- vorzugsweise streng in den umgebenden Ausschnitt tritt, die den Lichtbogen vom Spielraum weg und eingepaßt und an die angrenzenden Wandungen des gegen den Außenumfang der Lichtbogenführung Ausschnittes angelötet, um dem Kontaktkörper die drückt. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß der für die Kompensation des Schwächungseffektes der Leiter 32, der den Strom in den auf der Führung 30 30 Ausschnitte erforderliche mechanische Festigkeit zu befindlichen Lichtbogenkopf hinein- bzw. aus dem geben. Die Lötverbindung befindet sich sowohl an Lichtbogenkopf herausführt, sich am Innenumfang der Oberseite als auch an der Unterseite jedes Ausder Führung 30 befindet. Somit verläuft der Strom- schnittes, so daß, beispielsweise beim Kontaktöffnen, nuß von dieser Verbindungsstelle zum Lichtbogen- Zugkraft über den Einsatz übertragen werden kann, kopf auf der Führung 30 radial nach außen, derart, 35 Die Querschnittsansicht in Fig. 5 zeigt ausführlicher daß zusammen mit dem Lichtbogen eine nach außen die Form des Einsatzes 60. Man sieht, daß der Eingekrümmte Schleife gebildet wird. · satz 60 von der einen Seite der Stange 17 a bis jen-Bei einer umfangreichen Testserie mit einem nach seits der Kontaktgabestelle 50 reicht, so daß der Art der F i g. 1 konstruierten Schalter ergab sich, daß Strom vor Erreichen der in der Mitte des Kontaktder Lichtbogen in dem Augenblick auf die Fun- 40 teiles befindlichen Kontaktstelle nach der einen Seite rangen 36 und 30 übersetzte, in welchem die Spalt- der Stange 17 a gezwungen wird. Der Einsatz 60 des breite zwischen den Kontaktteilen nur etwa 6,85 mm anderen Kontaktteiles ist vorzugsweise gleich ausgegegenüber einem Abstand zwischen den Lichtbogen- bildet wie der Einsatz 60 in Fig. 1 und mit diesem führungen 36 und 30 von ungefähr 15,9 mm betrug. fluchtend angeordnet.

Dies galt für einen mittleren Momentanstrom von 45 Die Becherform der beiden Kontaktteile 20 und 8400 Ampere im Augenblick des Übersetzens des 24 dient noch einem weiteren sehr wichtigen Zweck, Lichtbogens. Bei stärkeren Strömen war der Kon- und zwar wird bei einer derartigen Formgebung der taktteilabstand zum Zeitpunkt des Übersetzens des Kontaktteile der Einsatz 60 vollständig von der Lichtbogens auf die Führung 30 sogar noch kürzer. Rohrwandung der Kontaktteile umgeben oder um-Zwar waren bei schwächeren Strömen die Öff- 50 schlossen, so daß der Einsatz sehr wirksam gegen nungsweiten zum Zeitpunkt des Überspringens des etwaige auf der Außenfläche des Kontaktbechers 20 Lichtbogens etwas größer; da sich jedoch schwächere ansetzende Lichtbogen abgeschirmt wird. Korrosions-Ströme ohnehin leichter unterbrechen lassen, hatten beständiger Stahl als Werkstoff ist für die Unterdiese größeren Spaltbreiten keinen nachteiligen Ein- brechung von Starkströmen nicht besonders geeignet, fluß. In der voll geöffneten Stellung ist der beweg- 55 Wenn daher ein Lichtbogen den Einsatz 60 erreichen liehe Kontaktteil hinter die Aufsetzfläche der Licht- könnte, würde das Stromunterbrechungsvermögen bogenführung 30 zurückgezogen. Dies ergibt einen des Schalters dadurch sehr beeinträchtigt. Durch die wünschenswerten Abschirmeffekt, da sich in diesem becherförmige Ausbildung der Kontaktteile wird eine Fall das Ende des beweglichen Kontaktteiles in derartige Beeinträchtigung verhindert, einem Bereich verringerter dielektrischer Bean- 60 Um den Balg 29 gegen Beschädigung durch aus spruchung, verglichen mit den oberhalb der Aufsetz- dem Spielraum 33 ausgeschleuderte Teilchen zu fläche herrschenden Verhältnissen, befindet. Dieser schützen, sind zwischen dem Spielraum 33 und dem Abschirmeffekt verringert die Wahrscheinlichkeit Balg 29 zwei metallische Schirme 75 und 76 vorgeeines Durchschlags vom Kontaktteil 20 aus. Der sehen. Der Schirm 75 besteht vorzugsweise aus einer stationäre Kontaktteil 24 befindet sich ebenfalls hin- 65 Ringplatte, die mit ihrem Außenumfang am rohrförter der Aufsetzfläche seiner Elektrode 17, so daß migen Leiter 32 an einer Stelle zwischen dem Balg auch hier durch den gleichen Abschirmeffekt die und dem Spielraum 33 befestigt ist. An ihrem Innen-Wahrscheinlichkeit eines dielektrischen Durchschlags umfang ist die Abschirmplatte 75 im Abstand von

der Stange 21 angeordnet, damit sich die Stange ohne Behinderung durch die Platte 75 frei bewegen kann. Die andere Abschirmung 76 besteht aus einer Ringplatte, die mit ihrem Innenumfang an der Stange 21 befestigt und mit ihrem Außenumfang vom rohrförmigen Leiter 32 beabstandet ist. Durch diese Abschirmung 75 und 76 werden die vom Lichtbogenspalt kommenden Teilchen abgefangen und kondensiert, ehe sie den Balg 29 erreichen können. Dadurch, daß die Platten 75 und 76 sich in Radialrichtung überlappen, wird die Wahrscheinlichkeit, daß solche Teilchen den Balg erreichen können, verkleinert, da die Bahn der Teilchen labyrinthartig verlaufen müßte.

Als weitere Maßnahme, um ein Festklemmen zwisehen dem Kontaktteil 20 und der umgebenden Lichtbogenführung 30 zu verhindern, ist ein geeignetes Gleitlager 65 für die Stange 21 außerhalb des Gehäuses 10 vorgesehen. Dieses Gleitlager 65, das fest in bezug auf die Stirnplatte 13 angeordnet ist, bildet ao eine präzise Führung für die Betätigungsstange 21, so daß keine nennenswerte Radialbewegung des Kontaktteiles 20 mit etwaiger Reibung zwischen dem Kontaktteil 20 und der Führung 30 auftreten kann.

Zu beachten ist, daß sämtliche inneren Bauteile as des Schalters im wesentlichen frei von Oberflächenverschmutzungen sind. Diese sauberen Oberflächen werden durch geeignete Bearbeitung des Schalters, beispielsweise durch Backen des Schalters bei entsprechend hoher Temperatur während der Evakuierung, erhalten. Zusätzlich werden .die Lichtbogengebiete der Elektroden 17 und 18 von Gasen, die in ihrem Inneren absorbiert sind, befreit, so daß eine Entwicklung dieser Gase während der Starkstrom-Lichtbogenbildung vermieden wird.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schalter, dessen feststehender Kontaktteil und dessen beweglicher Kontaktteil jeweils im Abstand von einer elektrisch mit dem Kontaktteil verbundenen ringförmigen Iichtbogenführung umgeben sind, wobei die beiden Lichtbogenführungen miteinander fluchtend unter Bildung eines Lichtbogenspaltes zwischen ihnen angeordnet sind, diadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontaktteil (20) becherförmig mit einem mit dem feststehenden Kontaktteil (24) kontaktgebenden Boden (40) und einer von der Kontaktstelle nach rückwärts verlaufenden Rohrwandung (42) ausgebildet ist und daß die beiden Kontaktteile rückwärts der Kontaktstelle jeweils eine Ausnehmung haben, die einen Einsatz (60) aus einem Material mit gegenüber dem benachbarten Werkstoff der Kontaktteile hohem spezifischem Widerstand enthält und so geformt und angeordnet ist, daß der die Kontaktstelle durchfließende Strom in unmittelbarer Nähe der Kontaktstelle auf einen schleifenförmigen Weg gezwungen wird.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwandung (42) des beweglichen Kontaktteiles vom Boden (40) aus so weit nach rückwärts reicht, daß ihr hinterer Rand sich bei geschlossener Kontaktanordnung rückwärts der Bogenaufsetzfläche der Lichtbogenführung (30) des beweglichen Kontaktteiles befindet.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontaktteil auf einer leitenden Stange (21) angeordnet ist, von der die Rohrwandung (42) radial beabstandet ist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in Form eines Vakuumschalters mit einem hochevakuierten Gehäuse, dn dem die Kontaktteile und Lichtbogenführungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Spielraum (33) zwischen dem beweglichen Kontaktteil (20) und seiner Lichtbogenführung (30) ausreichend groß ist, um ein Festklemmen des Kontaktteiles in der Lichtbogenfuhrung als Folge der Ansammlung von bei Kurzschlußabschaltungen anfallenden Lichtbogenprodukten in diesem Spielraum zu verhindern.

5. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kontaktteile (20, 24) auf in Längsrichtung des Schalters verlaufenden, miteinander fluchtenden Stangen (21,17 a) angeordnet sind und daß die Stelle der normalen Kontaktgabe (50) mit den Längsachsen der beiden Stangen fluchtet.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtbogenführungen jeweils radial von Schlitzen durchsetzt sind, die von der Bogenaufsetzfläche aus im spitzen Winkel zu dieser verlaufen.

7. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß .innerhalb des Gehäuses (10) ein die leitende Stange (21) umgebender rohrförmiger Leiter (32) angeordnet ist, auf dessen innerem Ende die Lichtbogenfuhrung (30) des beweglichen Kontaktteiles gehaltert ist.

8. Schalter nach Anspruch 7 mit einem zwischen der leitenden Stange und dem Gehäuse befestigten flexiblen Balg, der eine Bewegung der Stange ohne Beeinträchtigung des im Gehäuseinneren herrschenden Vakuums gestattet, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des rohrförmigen Leiters (32) zwischen dem Spielraum (33) und dem Balg (29) eine metallische Abschirmung (75, 76) angeordnet ist, die den Balg vor durch den Spielraum (33) ausgeschleuderten Lichtbogenprodukten schützt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 552 592;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1088 132,
625;

französische Patentschriften Nr. 1278 829,
926, 1275 305, 1250 736, 1248 696;

britische Patentschriften Nr. 839 083, 787 846;

USA.-Patentschriften Nr. 3 008 022, 2972032,
2900476, 2 832 872.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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