DE1640010A1

DE1640010A1 - Elektrischer Schalter

Info

Publication number: DE1640010A1
Application number: DE19681640010
Authority: DE
Inventors: Scott Lynn; Wilson Jack Norris
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1966-12-21
Filing date: 1968-02-20
Publication date: 1971-02-25
Also published as: FR1562227A; NL6802613A; GB1202146A; BE710565A; JPS469097B1; US3378653A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, Dr. Ing. A.Weickmann

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann

NÄ

8 MÜNCHEN 27, DEN

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

THE DOW CHEMICAL COMPANY,
929 East Main Street,
Midland, Michigan, V.St.A.

Elektrischer Schalter

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schalter und insbesondere auf Schalter, die einen hohen Strom zu schalten gestatten und an denen im geschlossenen Zustand eine niedrige Spannung abfällt.

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Es sind bereits verschiedene Arten von Schaltern zum Schal- · ten von niedrigen Spannungen und hohen Strömen bekannt. Derartige Schalter werden beim Betrieb von elektrolytischen Bädern, wie z.B. kaustischen Chlorbädern, verwendet; sie sind somit Bedingungen ausgesetzt, die zu ihrer Korrosion führen. Darüber hinaus neigen derartige Schalt-er und/oder ihre Betätigungsmechanismen dazu, in Bezug auf den geweiligen Stromführungswert sperrig zu sein, lerner bereitet die Zuverlässigkeit häufig ein Problem. Die "Totzeit" solcher Schalter, während der sie repariert wa?den, ist unter dem Gesichtspunkt des Betriebseinsatzes kostspielig.

Die zuvor aufgeführten Nachteile größtenteils oder vollständig zu überwinden ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Vielfachkontakt-Gleitschienenschalter, der vollständig mit Schalterelementen umgeben in Flüssigkeit getaucht ist. Durch Federn werden die bewegbaren Kontakte unter einem bestimmten Druck gegen feststehende Kontakte gedrückt. Eine Längsbewegung der Schalterschiene um etwa 2,5 cm führt zum Öffnen oder Schließen des Schalters.

Die Erfindung mit den ihr zugrundeliegenden Zielen und die durch die Erfindung erreichten Vorteile werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

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Pig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schalter in einer Draufsicht bei abgenommener Schalterabdeckung.

iTig. 2 zeigt eine Schnittansicht des in i?ig. 1 dargestellten Schalters, entlang der Schnittlinie 2-2.

ITig. 3 zeigt eine Schnittansicht des in JTig. 1 dargestellten Schalters, entlang der Schnittlinie 5-3.

Der in den figuren 1 bis 3 dargestellte Schalter ist allgemein mit 10 bezeichnet; er enthält eine erste Kontaktplatte 12, eine zweite Kontaktplatte 14, einen Schalterrahmen 16, und eine hin- und herbewegbare Welle 18 mit einer Vielzahl von daran befestigten Spreiz- bzw. Kontaktbügeln 20.

Die erste Kontaktplatte ist eine im wesentlichen flache, rechteckförmige Platte mit einer Reihe von Löchern 22 in der Nähe ihrer Außenkanten versehen. Diese Platte ist zumindest so dick, daß sie für die während der Betätigung des Schalters auftretenden Beanspruchungen eine genügende !festigkeit besitzt.

Die erste Kontaktplatte 12 weist in ihrer Oberfläche 26 eine Seihe von versetzt angeordneten, rechteckförmigen Ausnehmungen 24 auf, die der Welle 18 zugekehrt sind. Die Ausnehmungen 24 sind rechtwinklig zur Längsachse der Platte (und zur Achse der Welle 18) gebildet; sie sind von solcher Länge, Breite und Tiefe, daß in dem IPaIl, daß sich die Welle 18

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in der Stellung befindet, in der der Schalter geöffnet ist, die Kontaktbügel 20 außer Kontakt mit der ersten Kontaktplatte 12 stehen.

Die zweite Kontaktplatte 14 ist, abgesehen davon, daß ihre der Welle 18 zugekehrte Oberfläche 28 flach ist und keine Ausnehmungen, wie die Ausnehmungen 24 in der Kontaktplatte 12, ^ aufweist, im wesentlichen genau so geformt wie die erste Kontaktplatte 12. Die Platte 14 weist in der Nähe ihrer Außenkanten eine Reihe von Bohrungen 30 auf.

Der Schalterrahmen 16 besitzt eine rechteckige Außenform bei Betrachtung in Draufsicht. Abgesehen von dem Außenwandgebilde 32 ist der Schalterrahmen hohl ausgebildet. Er befindet 'sich zwischen der ersten und der zweiten Kontaktplatte. Eine Isolier-Abdichtungsplatte 23, die zwischen Druck-Dichtungselementen 36,38 zusammengepreßt ist, isoliert den Rahmen 16 von der ersten Kontaktplatte 12. Eine Druckdichtung 40 verläuft zwischen dem Rahmen 16 und der zweiten Kontaktplatte 14. Die Druckdichtungselemente und die Isolier-Dichtungsplatte 3^ sind im wesentlichen flach ausgebildet, da sie zwischen dem Rahmen 16 und den der Oberseite und der Unterseite des Rahmens 32 zugekehrten Oberflächen der Kontaktplatten angeordnet sind. Die Abdichtungselemente und die Isolier-Dichtungsplatte sind zumindest genauso breit wie die Berührungsoberfläche zwischen dem Rahmen und den

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Kontaktplatten; sie können jedoch auch etwas größer ausgebildet sein, sofern sie nicht die Bewegung der Kontaktbügel 20 behindern oder stören.

Sie erste Kontaktplatte 12 und die zweite Kontaktplatte 14 sind an dem Rahmenteil 32 durch Bolzen 42,44 flüssigkeitsdicht angeschraubt. Diese Bolzen 42,44 laufen durch Bohrungen 30,32 hindurch. Es sei bemerkt, daß durch ein· elften Ansatz aufweisende Isolierhülse jeder der Bolzen 42 von der Kontaktplatte 12 getrennt ist. Durch die Isolierplatte ist somit ein elektrischem Kontakt zwischen dem Rahmen 16 und der Kontaktplatte 12 vermieden.

Der in Fig. 1 dargestellte Schalter stellt einen Mehrfachschalter dar. Die Schnittansicht gemäß Fig. 2 ist auf eine einzelne Schalteranordnung beschränkt. Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung würde somit einen Rahmen aufweisen, der zwei Rahmen des oben beschriebenen Typs enthielte, die mit ihren Enden an gemeinsamen Stirnwänden angrenzen würden.

Vie Fig. 3 erkennen läßt, weist das Rahmenteil 32 eine Öl-Einlaßleitung 48 und eine Öl-Auslaßleitung 50 auf. In dem Fall, daß die in Fig. 2 gezeigte Rahmenstirnwand 52 die gemeinsame Stirnwand der Mehrfach-Schalteranordnung gemäß Fig. 1 darstellt, dienen Bohrungen 54,56 dazsu, eine Zirkulation des Üles durch die verschiedenen Durchgänge der Anordnung zu ermöglichen.

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Jede Stirnwand 52,58 des Rahmens 16 weist eine axial verlaufende Bohrung 50,62 auf. Die Bohrungen 60,62 sind zueinander ausgerichtet; sie besitzen einen genügenden Durchmesser, um die Welle 18 derart aufnehmen zu können, daß sie durch * di· Bohrungen gleitbar verschiebbar ist. Jede Bohrung 66,62 weist in Bereich ihres Umfangs einen Kanal 64,66 in der jeweiligen Stirnwand auf, der dazu dient, einen O-förmigen Ring 68,70 aufzunehmen, der eine flüesigkeitsabdichtung zwischen der Welle 18 und der jeweiligen Bohrung 60,62 bewirkt.

Die Welle 18 trägt im Bereich dee Rahmens 16 eine Vielzahl von Spreiz- bzw. Kontakt bügeln 20, die hintereinander angeordnet sind und die gewöhnlich an einem Anschlag anliegen; sie werden durch Stirnplatten 72,74- auf der Kontaktbügel- bzw. Spreizbügelwelle 18 in fester Lage gehalten. Die Platten 72,74- sind an der Welle 18 angestiftet oder sonstwie befestigt.

Zur Bewegung der Welle 18 in axialer Richtung, d.h. vorwärts und zurück, ist eine Antriebseinrichtung außerhalb der Schalteranordnung vorgesehen. Der Einfachheit halber und wegen des begrenzten, zur Verfügung stehenden Zeichenraumes ist hier angenommen, daß die Bewegung der Welle durch einen geeigneten

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pneumatisch getriebenen Kolben/bewirkt wird, der sich in einer Luft-Zylinderanordnung 78 befindet, welche Lufteinlaß- und Luftauslaß-Regelleitungen 80,82 aufweist. Der genannte Kolben

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bewegt einen Hubarm 84, der in einem zwischen seinen Enden vorgesehenen Drehlager 86 gelagert ist. An seinem anderen Ende ist der Arm 84 mit der Welle 18 verbanden, und zwar über eine hülse 88. Jeder der Kontaktbügel enthält eine Hülse 90, die auf der Welle 18 gleitbar gelagert ist. Ein Kontaktbügel 92 ist bei Betrachtung quer zur Längsrichtung im wesentlichen U-förmig ausgebildet. Die Länge der einzelnen Kontaktbügel ist derart, daß deren Ausbauchungen die Kanten der Ausnehmungen 24 in der Kontaktplatte 12 in der Stellung, in der der Schalter geöffnet ist, nicht berühren. Der Mittelsteg jedes Kontaktbügels 92 ist rechtwinklig in Bezug auf die Welle 1S angeordnet; er ist mit einer Öffnung 96 auf der Welle 15 gleitbar gelagert.

Die Schenkel 98,100 des metallischen Kontaktbügels 92 weisen jeweils einen bogenförmigen, konvex nach außen verlaufenden d.h. in Richtung zu den benachbarten Kontaktplatten 12,14 hin ausgebogenen 'feil auf.

An den Schenkelenden jedes Kontaktbügels 92 ist jeweils ein mit Planschen 106,108 versehenes Klemmelement 102 mit einer Bohrung 104 vorgesehen, die das Klemmelement 102 auf der Welle gleiten läßt. Die Außenenden der Schenkel des jeweiligen

an
Kontaktbügels 92 liegen/den gerade genannten Flanschen an; sie sind somit durch diese Flansche 106,108 an einer weiter nach außen verlaufenden Ausdehnung gehindert.

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Druckstücke 110,112, die die gleiche Länge besitzen, wie die bogenförmigen Ausbauchungen in den Schenkeln 98,100 jedes Kontaktbügels weisen jeweils eine halbkreisförmige Querschnittsfläche auf. Die Druckstücke 110,112 werden an den bogenförmigen Ausbauchungen der Schenkel 98,100 festgehalten. Dabei liegen die gekrümmten Oberflächen der einzelnen Elemente aneinander an.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weist jedes der Druckstücke 11o,112 zwei Bohrungen 114,116 bzw. 118,120 auf, die sich in der der jeweils gekrümmten Oberfläche, welche die Schenkel 98,100 des jeweiligen Kontaktbügels berührt, gegenüberliegenden flachen Oberfläche des jeweiligen Bügels befinden. Die Bohrungen 114, 116,118-und 120 erstrecken sich nur zu einem Teil in die Druckstücke 110,112 hinein. Zwischen den Druckstücken 110,112 jedes Kontaktgebildes sind zu beiden Seiten der Welle 18 Druckfedern 122,124 angeordnet. Die Enden der Federn sind jeweils von einer der Bohrungen 114,116,118,120 aufgenommen, so daß die Federn parallel zueinander und rechtwinklig zu den Druckstücken 110,112 angeordnet sind. Die Federn 122,124 stehen unter Spannung. Durch sie werden die Schenkel des jeweiligen Kontaktbügels nach außen bis zu der durch das jeweilige Klemmelement 102 gegebenen Auslenkgrenze gedrückt.

Die Kontaktoberflächen 126 der 1-latte 12, die mit den Kontaktbügelschenkeln 98 in Kontakt sind, wenn der Schalter

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geschlossen ist, weisen jeweils an der Kante, an der die Schenkel 98 bei entsprechender Bewegung beginnen, einen Kontakt mit den Oberflächen 126 herzustellen, eine abgeschrägte Kantenfläche 128 auf.

Die Kontaktbügelanordnung wird in der Weise zusammengesetzt, daß zunächst ein Spreiz- bzw. Kontaktbügel 92 entlang der Welle 18 geschoben und gegen eine Anschlagplatte geführt wird. Sodann wird eine Hülse 90 über die Welle 18 und gegen den Kontaktbügel geschoben. Anschließend werden die Druckstücke 110,112 und die Federn 122,124 zwischen den oberen Schenkel 100 und den unteren Schenkel 98 eingeführt. Die Schenkel werden dann zusammengedrückt und nunmehr wird ein Klemmelement derart an die Schenkelenden des Kontaktbügels herangeführt, daß die Flansche dieses Klemmelementes die Schenkelenden dieser Schenkel vor einer Auslenkung zurückhalten. Anschließend wird der nächste Kontaktbügel über die Welle 18 geschoben und gegen das Klemmelement 102 der zuvor zusammengestellten Kontaktbügelanordnung geführt. Diese: Kontaktbügelanordnung wird in derselben Weise, wie zuvor beschrieben, zu einer Kontaktbügelanordnung fertiggestellt.

Nachdem die letzte Kontaktbügelanordnung zusammengestellt ist, wird über die Welle 18 eine Anschlagplatte geschoben und gegen das Klemmelement dieser letzten Kontaktbügelan-

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Ordnung geführt. Die Anschlagplatte wird dann an der Welle 18 befestigt, um eine Bewegung der Kontaktbügelanordnungen in Bezug auf die Welle zu verhindern.

Der Schalter ist in Sig. 2 in der "Aus^M-Stellung dargestellt. Dies bedeutet, daß die Welle 18 sich in solcher Stellung befindet, daß die Kontaktbügeloberflächen außer Kontakt mit den Kontaktoberflächen 126 der Kontaktplatte 12 und über den Ausnehmungen 24 in der Kontaktplatte 12 stehen.

Eine Herausbewegung des Druckkolbens 76 aus dem Zylinder führt dazu, daß die Welle 18 die Kontaktbügel 20 bewegt und damit : eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktplatte 14 und ', den Oberflächen 126 der Kontaktplatte 12 herstellt. Die abgeschrägten Oberflächen 128 unterstützen die Kontaktbügelschenkel, einen geringen Druck auf die Erhebungen zwischen benachbarten Ausnehmungen auszuüben, wenn der Schalter geschlossen wird. Dies trägt zu einem guten mechanischen und elektrischen Kontakt des Schalters bei.

Der oben beschriebene Schalter vermag einen hohen Strom zu führen, außerdem kann er mit öl gefüllt und gekühlt werden.. Außerdem erfordert er zu seiner Herstellung nur wenige, hintereinander anzuordnende Bauteile, da er kompakt ist und dicht an einem elektrolytischen Bad oder an sonst einer Einrichtung angeordnet werden kann, durch die ein Strom zu

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leiten ist. Der Schalter läßt sich darüber hinaus einfach zusammenbauen und leicht bedienen, und zwar sowohl als Einzelschalter wie auch als Mehrfachechalter.

Die lange,saubere Kontaktfläche des erfindungsgemäßen Schalters stellt einen geringen Widerstand dar. Dies hat eine Verminderung der durch den Schalter verbrauchten Leistung zur Folge.

Mit Hilfe von vier erfindungsgemäßen Schaltern, deren jeder mit sieben Kontaktbügeln versehen ist, läßt sich ein Strom von 2b 000 Ampere bei einer offenen Klemmenspannung von 4,5 V schalten. Der Spannungsabfall an dem Schalter im geschlossenen Zustand beträgt 12 bis 30 Millivolt. Dies entspricht 1000 Ampere

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pro Kontakt oder 310 Ampere pro cm Kontaktoberfläche,

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrischer Schalter, insbesondere Hochstromschalter, umfassend zwei einander gegenüberstehende, voneinander isolierte Kontaktplatten und zwischen diesen Kontaktplatten eine' Kontaktbrücke, welche an beide Kontaktplatten zur Anlage zu bringen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücke (20;92) gebildet ist von einer zwischen den Kontaktplatten (12,14) verschiebbar geführten,, zu beiden Kontaktplatten (12,14) im wesentlichen parallelen Kontaktbrückenwelle (18), auf der Spreizbügel (20,92) mit jeweils zwei Außenschenkeln (98,100) gelagert sind, von denen Je einer zur Anlage an der einen Kontaktplatte (12) und der andere zur Anlage an der anderen Kontaktplatte (14) bestimmt ist, und zwischen den Spreizbügeln (20;92) wirksamen Federmitteln (122,124), welche die Schenkel (98,100) der Spreizbügel (20;92) im Sinne einer Annäherung an die Kontaktplatten (12,14) auseinander zu spreizen suchen, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß an mindesten einer der beiden Kontaktplatten (12,14) abwechselnd Ausnehmungen (24) und Erhebungen (126) vorgesehen sind, derart, daß die dieser Kontaktplatte (12) gegenüberliegenden Spreizbügelschenkel (98) durch Verschiebung der Kontaktbrückenwelle (18) wahlweise in den Bereich der Ausnehmungen (24) oder in

. . Anlage mit den Erhebungen (126) gebracht va?den können.

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2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizbügel (20;92) im wesentlichen ü-förmigen Querschnitt haben, mit ihrem Mittelschenkel auf der Spreizbügelwelle (18) befestigt sind und mit ihren Außenschenkeln (98,100) zur Anlage an den Kontaktplatten (12,14) bestimmt sind.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Anlage an den Kontaktplatten (12,14) bestimmten Spreizbügelschenkel (98,100) durch Schraubendruckfedern (122,124) im Sinne einer Annäherung an die Kontaktplatten (12,14) auseinander gespreizt sind.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizbügelschenkel (98,100) zur Anlage an den Kontaktplatten (12,14) bestimmte, zu diesen Kontaktplatten (12,14) hin konvexe Ausbuchtungen ₍ aufweisen..

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtungen teilzylindrisch sind.

5. Schalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ausbuchtungen Druckstücke (110,112) eingelegt sind und daß sich die Federn (122,124) an diesen Druckstücken (110,112) abstützen.

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7- Schalter nach einem der Ansprüche 3 his 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauhendruckfedern (122,124) beiderseits der Spreizbügelwelle (18) angeordnet sind.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Spreizbügelschenkel (98,100) durch Spreizbegrenzer (102) miteinander verbunden sind.

9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizbügelwelle (18) in Führungen (52,58) geführt ist, welche an den Kontaktplatten (12,14) isoliert befestigt sind·

10. Schalter nach einem der Ansprüche Λ bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücke in einem geschlossenen, sub $·& durch di» lontaktplmtten (12|14) und ggfs. durch die Führungtη (52,53) definierten ·#- häuse untergebracht ist und daß &tr Innenrau» die«·* Gehäuses mit einer flüssigkeit gefüllt ist.

11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12,14^6) mit einem Einlaß (48) zur Einleitung einer !flüssigkeit in den Gehäuseinnenraura und mit einem Auslaß (50) aur Ableitung der Flüssigkeit aus d.i.&sam Iiei^araii^ "rm^Qsb.&ü. iab»

12. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge (128) von den Ausnehmungen (24) zu den Erhebungen (126) abgeschrägt sind.

15· Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktplatten (12,14) und die Spreizbügel (92) aus Metall bestehen.

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Leerseite

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