DE1640262A1 - Stromunterbrecher - Google Patents
StromunterbrecherInfo
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Description
Patentar
Franjtftfrt/Main 1
Wach 3011
Wach 3011
Dr. Hörst Schüler
6 Frankfurt/Main 1
Dr. Erharf t
PatentapWalt
6 F
ostfcch 3011
75O-41D-32
Die Erfindung bezieht sich auf Stromunterbrecher mit Möglichkeiten
zur prompten"Schaffung eines Lichtbogens und zum Auseinanderziehen
dieses Lichtbogens mit so hoher Geschwindigkeit, daß eine echte Strombegrenzung eintritt.
Der Begriff "mit Strombegrenzung arbeitender Stromunterbrecher"
bezieht sich auf einen elektrischen Stromunterbrecher, der die
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Fähigkeit besitzt, einen ansteigenden elektrischen Strom zu
.unterbrechen, so daß der Strom nicht den Viert erreicht, den er
erreicht hätte, wenn der Stromunterbrecher in den Schaltkreis
geblieben wäre, aber im geschlossenen Zustand; dieser letztere Strom ist als "maximaler Kurzschlußstrom'' bekannt. Mit anderen
Worten, der maximale tatsächliche Strom oder "Spitzendurchlaß-Strom"
ist während einer öffnung des Stromunterbrechers geringer
als der maximale KuTZschlußstrom. Bei einem echten, mit Strombegrenzung
arbeitenden Stromunterbrecher wird außerdem eine Lichtbogenspannung erzeugt, die wesentlich größer als die Netzspannung
ist und ihr dadurch entgegensteht, den Lichtbogen unterhält und den Strom schnell gegen Null reduziert.
Eine wichtige Anforderung an einen echten,mit Strombegrenzung
arbeitenden Stromunterbrecher ist, daß der Lichtbogen sehr kurze Zeit nach Auftreten des Kurzschlusses erzeugt wird. Daher muß der
bewegbare Kontakt innerhalb sehr kurz«? Zeit bewegt und sehr stark
beschleunigt werden. Der Lichtbogen muß nicht nur in außerordentlich kurzer Zeit nach Hingang des Unterbrechungssignals erzeugt
werden, sondern er muß auch sofort erheblich auseinandergezogen werden, so daß der Netzspannung eine beträchtliche Lichtbogenspannung
entgegensteht. Daher muß der bewegbare Kontakt nicht nur innerhalb außerordentlich kurzer Zeit nach Auftreten des
Kurzschlusses bewegt werden, sondern er muß außerdem mit sehr
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hoher Geschwindigkeit von seiner normalerweise geschlossenen
Stellung hinweggetrieben werden, um den ursprünglich gebildeten Lichtbogen auseinanderzuziehen.
Bei bekannten Stromunterbrechern wurden beispielsweise Magnetspulen
verwendet, um bewegbare Kontakte zu öffnen; ferner wurden
magnetische Vorrichtunpen in Form von Blasspulen verwendet, um Lichtbogen zu begünstigen und sie auseinanderzuziehen.
Solche Blasspulen mit ihren Eisenkernteilen und solche Magnetspulen
tragen erheblich zu der Größe und den Kosten von Stromunterbrechern bei.
Ziel der Erfindung ist die Schaffunp eines mit Strombegrenzung
arbeitenden Stromunterbrechers mit Vorrichtunpen, die direkt auf das bewegbare Kontaktstück einwirken, so daß es bei Eintreten
bestimmter Stromverhältnisse in die öffnunpsrichtung bewegt
wird.
Die Erfindung beinhaltet einen elektrischen Stromunterbrecher
mit zwei feststehenden Kontakten, die durch ein bewegbares Kontaktstück
miteinander verbünde» und überbrückt sind. Das bewegbare
Kontaktstück weist ein im allgemeinen U-förmiges, starres
Bauteil mit Kontaktflachen an den Enden der Schenkel des U auf.
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Außerdem werden Stronzuleitunnen und - ab Ie i tun gen an die feststehenden
Kontakte derart herangeführt, so daß sie praktisch parallel zu dem Steg des U-förmigen Bauteils verlaufen. Diese Leitungen
sind innerhalb des Raumes angeordnet, der einerseits vom
Steg des bewegbaren KontaktStückes und andererseits von einer
Linie zvrischen den feststehenden Kontakten begrenzt wird. Nach der erfindungsgeräßen Ausbildung verlaufen die Stromwege durch
die Stromzuleitungen praktisch parallel zueinander und in der gleichen Richtung. Zwischen den feststehenden Kontakten und durch
den Steg des U-förmipen Kontaktstückes fließt der Strom in der
entgegengesetzten Richtung. Aufgrund dieser Ausbildung ist die Wechselwirkung der Magnetfelder zwischen den Zuleitungen und dem
Strom in der bewegbaren Kontaktbrücke so geartet, daß die Kontaktbrücke
aus der Schließstellung herausgedrückt wird.
Wenn die zwei kurzen Lichtbogen zwischen den feststehenden Kontakten und den bewegbaren Kontakten zusammenfallen und einen
einzigen Lichtbogen bilden, der direkt zwischen den feststehenden Kontakten brennt^ wirkt das Magnetfeld.der Zuleitungen
derart,auf das Magnetfeld des Lichtbogens eint daß der Lichtbogen
von seiner ursprünglichen Stellung hinweggetrieben wird. Dadurch wird die Lichtbogenspannung höher.
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BAO ORIGINAL
Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung jnit den Zeichnungen
im einzelnen beschrieben werden.
Fig. 1 ist eine zum Teil schematische Seitenansicht eines Stromunterbrechers
nach der Erfindung.
. 2 ist eine Seitenansicht und zeigt einen Teil des Stromunterbrechers
nach Fi«, 1, worin die Zuleitungen zum Teil weggelassen
sind, so daß das Innere der Lichtbogenkammer sichtbar wird; der bewegbare Kontakt ist in teilweise geöffneter Stellung
gezeigt.
Fig. 3 ähnelt der Ansicht nach Fig. 2 und:.zeigt den bewegbaren
Kontakt in völlig geöffneter Stellung.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der feststehenden Kontakte mit ihren Lichtbogenhörnern,der Stromzuleitungen
und des bewegbaren Kontaktstückes, wobei deren Ausbildung
und allgemeine Anordnung der Erfindung entspricht. ^
Fig. 5·ist eine schematische Darstellung und zeigt den Zusammenhang
zwischen dein Stromfluß in den Stromzuleitungen und dem
bewegbaren Kontaktstück und die zugehörigen Magnetfelder zu dem Zeitpunkt, wenn sich die Teile in der Stellung nach Fig. 1 und
befinden.
BAD
und Fig. 6 ist eine schematische Darstellung zeigt den Zusammen-
• hang zwischen dem Strorafluß in den Stromzuleitunrcen und dem
Lichtbogen und die zugehörigen Magnetfelder zu dem Zeitpunkt,
wenn siehjdie Teile in der Stelluno; nach Fi». 3 befinden.
Fig. 7 ist eine fragmentarische Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels und
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung, die Teile des Stromweges
durch den erfindun^sgemäßen Stromunterbrecher während des
Unterbrechunjrsvorganges zei«*t.
Fig. 1 zeigt, wie die Erfindung auf einem elektrischen Schalter
einschließlich eines im allgemeinen kastenförmigen Isoliergehäuses
mit einer Grundplatte 10 und einer Abdeckplatte 11 angewendet wird. An einem Ende der isolierenden Grundplatte
ist eine Netzklemme 12 und am anderen Ende eine Verbraucherklemme 13 vorgesehen. Innerhalb der Grundplatte 10 sind zwei beabstandete,
ebene, feststehende Kontakte 14 und 15 auf Winkel 16,17 bzw. Lichtbogenhörnern 18 und 19 befestigt. Die Lichtbogenhörner 18
und 19 sind in einem Lichtbogenlöschkammer-gehäuse 20 mit einem
Deckel 21 befestigt. Die inneren Seitenwände des Gehäuses 20 bestehen insbesondere im Gebiet der feststehenden Kontakte 14 und
15 vorzugsweise aus einem Acetalharz, z.B. Polyoxymethylen. Ein
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solcher Kunststoff auf AcetaJ-basis ist z.B. unter dem Handelsnamen "Celeon" erhaltlich und wird von der Celanese Plastic
Company, Newark, N.J., USA vertrieben. Das Gehäuse 20 hat gegenüber den Lichtbo^enhörnern 18 und 19 einen im allgemeinen glokkenförmigen
Teil 2OA. Die feststehenden Kontakte 14 und 15 werden durch verlängerte Leiter 23,24 an die Verbraucher- und Netzklemmen 13 und 12 angeschlossen. Diese Leiter werden wiederum
mit den Kontaktfahnen 25 bzw 26 verbunden. Der Leiter 26 verbindet
den Leiter 24 mit der Netzklemme 12, während die Leiter
25 und 28 den Leiter 23 mit der Verbraucherklemme 13 verbinden.
Wenn der Schalter geschlossen ist, werden die feststehenden Kontakte 14 und 15 durch ein« im allgemeinen ü-förmiges, bewegbares
Kontaktstück 30 miteinander verbunden; das Kontaktstück 30 weist einen U-förmifren Körper mit einem Steg 31· und
parallelen Schenkeln 32. 33 auf; jeder Schenkel trägt am Ende einen winkelig angeordneten} bewegbaren Kontakt 34. bzw. 35.
Das bewegbare Kontaktstück 30 bewegt sich in dem glockenförmigen Teil 20A des Gehäuses 20 zwischen der geöffneten und der
geschlossenen Schaltstellung.
Der Stromweg durch den in Fig. 1 gezeigten Stromunterbrecher in der geschlossenen Stellung verläuft daher wie folgt: von
der Netzklemme 12 durch den Leiter 26 in den Leiter 24, zum Ansatz des Lichtbogenhorn 19A, zu dem feststehenden Kontakt 15,
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BA0
zu dem bewegbaren Kontakt 35, zu der U-förmigen bewegbaren
Kontaktstück 30 zu dem bewegbaren Kontakt 34, zu dem feststehenden
Kontakt 14 . zu dem Ansatz des Lichtbogenhorn 18A, zu dem Leiter 23 . zu dem Leiter 25 und von dort durch den Leiter
28 zu der Verbraucherklemme 13.
Nach Fig. 1 kann das bewegbare Kontaktstück 30 auch von Hand
bewegt werden. Für diesen Fall ist eine vereinfachte Betätigungsvorrichtung
gezeigt die ein Betätigungsglied 42, das durch den Stift 43 auf der Isolierplatte 10 schwenkbar gelagert
ist, aufweist. Das Betätigun.psglied 42 hat einen länglichen Schlitz 44j mit einem Stift 45, der zur Obertragung der
Bewegung auf eine Betätigungsstange 40 dient. Die Stange 40
wird durch die öffnung in dem Gehäuse 2OA und durch ein Lager 38 geführt und bewept sich geradlinig.
Das Betätigunsglied 42 wird durch eine Spannfeder 50 zwischen zwei Stellungen bewegt \ die der geöffneten und der geschlossenen
Stellung des bewegbaren Kontaktstückes entsprechen; das eine Ende der Feder 50 ist mit den Stift 45 und das andere
mit einem Handgriff 52 verbundenj der in einer bogenförmigen
Spur 53 im Gehäuse bewegt wird. Das Betätigungsglied kann auch durch andere geeignete Mittel bewegt werden.
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*A ORIGINAL
Wenn sich der Handgriff 52 in der "BΠΓ'-Steilung befindet,
wie in Fig. 1 in durchgezogenen Linien gezeigt, wirkt die Spannfeder 50 auf den Stift 42A des Betätigungsgliedes
und bewegt es im Uhrzeigersinn um seinen Drehpunkt 43. Dadurch wird das bewegbare Kontaktstück 30 über die Stange 40 nach
links in die geschlossene Stellung geschoben. Wenn der Handin
griff 52 der "AUS'-Stellung steht>
wie in Fig. 1 in gestrichelten Linien gezeigt> wirkt die Spannfeder 50 über den
Drehzapfen 43 auf das Betätigungsglied 42 ein und lenkt es entgegen dem Uhrzeiger-Sinn ab. Dadurch wird die Stange 40 und
das bewegbare Kontaktstück nach rechts geschoben. Die Stange 40 wird durch das Lager 38 und die öffnung 2OA des Gehäuses
der Lichtbogenlöschkammer geführt.
Fig. 2 zeigt, daß der Strom in dem Steg 31 des bewegbaren
Kontaktstückes 30 in entgegengesetzter Richtung zu dem Strom in den Leitern 23 und 24 fließt» wenn sich das bewegbare Kontaktstück
30 in der geschlossenen Stellung befindet und stromführend ist. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 5 schematisch dargestellt.
Nach Fig. 5 wird der Steg 31 des bewegbaren Kontaktstückes 30 durch die Wirkung der Magnetfelder des Stromes in
den Leitern 23 und 24 abgestoßen. Bei Auftreten eines Kurz·' Schlusses wird diese Wirkung so groß, daß die Spannung der
Feder 50, welche die Kontakte in der geschlossenen Stellung
hält, überwunden wird. Nun wird das bewegbare Kontaktstück außer-
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ordentlich schnell in die öffnungrichtung geschoben. Daraus
ergibt sich die strombegrenzende Wirkung. Dieses öffnen des Kontaktstuckes erfolgt sogar, wenn der Handgriff in der "EXN"-Stellung
steht. So wird das untere Ende der Feder 50, wie gezeigt, nach rechts bewegt, und der Griff wird im Uhrzeigersinn
verschoben.
Eine weitere wichtige Aufgabe der Leiter 23 und 24 besteht
darin, die Umwandlung von zwei kurzen Lichtbögen "55,56 in
einen einzigen langen Lichtbogen 57 zu unterstützen, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt. Diese Umwandlung erfolgt aufgrund
der abstoßenden Wirkung zwischen den Magnetfeldern der Leiter 23^24^ die stets in einer Richtung verlaufen» und den Magnetfeldern
der Lichtbögen SS^ 56 die in der entgegengesetzten Richtung
verlaufen. So werden die Lichtbögen 55, 56 durch die Wirkung der Mangetf eider nach links verschoben, wie in den Abbildungen
gezeigt. Diese abstoßende Wirkung der Magnetfelder sowie der Einfluß der Gase die in der geschlossenen Kammer, in der
sich die bewegba- en Kontakte befinden^ erzeugt werden, und die
ionenaussendende Wirkung beider Lichtbögen führen dazu, daß
die beiden kurzen Lichtbögen in sehr kurzer Zeit in einen einsigen
längeren Lichtbogen umgewandelt werden. Die Auswertung von Oszillogrammen tatsächlich erfolgter Unterbrechungen zeigt,
daß die Zeitspanne zwischen dem Zünden der beiden kurzen Licht-
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bögen und ihrer Umwandlung in einen einzigen längeren Lichtbogen
nur etwa 0 000350 s bei Unterbrechung eines Kurzschluß-Stromes in einem Schaltkreis mit 100000 α vorhandenem Kurzschlußstrom
beträgt.
Fig. 3 zeigt die Bauteile in der Stellung, die sie einnehmen,
wenn der bewegbare Kortakt ganz geöffnet ist. Nun haben die beiden ursprünglichen Lichtbogen 55 und 56 einen einzigen Bogen
57 direkt zwischen den Lichtbogenhömem 18 und 19 gebildet. Der Strom in den Leitern 23 und 24 fließt jetzt in entgegengesetzter
Richtung zu dem Strom in dem Lichtbogen 57. Dieser Zustand ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Die Magnetfelder
der Ströme in den Leitern 23 und 24 stoßen jetzt den Lichtbogen 57 ab, der entlang den Lichtbogenhörnern wandert und eine
sehr schnelle strowbegrenzende Unterbrechung gewährleistet.
Die Leiter 23 und 24 sind so ausgebildet, daß ihre Magnetfelder
die folgenden Funktionen haben;
1) das prompte mechanische öffnen der Kontakte herbeizuführen (
und das bewegbare Kontaktstück in uffnunrrsrichtung zu bebewegen.
2) die beiden ursprünglichen kurzen Lichtbogen in eine Richtung zu treiben so daß sie einen einzigen Lichtbogen bilden
und
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3) den auseinandergezogenen Lichtbogen entgegen der Kontaktöffnungsrichtung
entlang den Lichtbogenhörnern zu treiben.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform verbindet das bewegbare Kontaktstück 30' die beiden feststehenden Kontakte 14*
und IS1 praktisch direkt. Wenn sich das bewegbare Kontaktstück
in der geschlossenen Stellung befindet, führt die Wirkung des Stromes in den Leitern 23* und 24' dazu» daß es in die "SCHLIESS"-Richtung
bewegt wird. Bei dieser Ausführungform kann eine separate
Vorrichtung, z.B. ein Magnet benutzt werden, um die Kontakte bei Auftreten eines Kurzschlusses zu öffnen. Eine derartige
Anordnung ist bereits vorgeschlagen worden. Der Einfluß der Magnetfelder der Leiter 23, 24 ist jedoch auch in diesem
Falle wünschenswert, da er dazu beiträgt, ausreichenden Kontaktdruck
sicherzustellen, bis der tatsächliche Öffnungsvorgang
stattfindet. Die Magnetfelder gewährleisten also den gewünschten "Schnapp-Öffnunpsvorgang".
Der allgemeine Zusammenhang zwischen den Leitern 23 und 24
und den Kontakten 14 und 15 ist in Fig. 8 dargestellt. Die Leiter 23 und 24 verlaufen parallel zueinander und bilden mit
den Kontakten 14 und 15 eine Anordnung in Form eines dreieckigen Prismas. Außerdem ist jeweils ein Ende der Leiter 23 und
24 mit einem Ende der Kontakte 14 und 15 verbunden und der Lei-
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BAD
ter erstreckt sieh vrag von jenem Kontakt in Richtung auf den
anderen Kontakt.
Obwohl nur eine vereinfachte Betätigungsvorrichtung und die einpolige Ausführung beschrieben worden sind, kann das bewegbare
Kontaktstück natürlich auch über kompliziertere Betätigungsvorrichtungen, die einen höheren Kontaktdruck erzeugen,
zwischen der geöffneten und der geschlossenen Stellung hin- und herbewegt werden. Die Benutzung komplizierterer Vorrichtungen
und mehrpoliger Ausführungsformen liegt im Bereich der
vorliegenden Erfindung. Ebenso kann das U-fÖrmige bewegbare Kontaktstück 30 gegebenenfalls mit einem auf die Kontaktstange
40 wirkenden, separeten Magneten benutzt werden.
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Claims (4)
1. Stromunterbrecher mit einem Gehäuse, in dem in einem gewissen
Abstand voneinander zwei feststehende Kontaktsttteke und ein
bewegbares Kontaktstück gehaltert sind, das zwischen der offenen und der geschlossenen Schaltstellung hin- und herbewegbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb
des Gehäuses (10) zwei länglich ausgebildete elektrische Leiter (23,24) angeordnet sind, die in einem gewissen Abstand parallel
und in dichtem Abstand parallel zuzfcürzesten Verbindungslinie
zwischen den feststehenden Kontakten verlaufen, so daß diese Abstandslinie und die beiden elektrischen Leiter Kanten eines dreieckigen
Prismas bilden (Flg. 8), daß die beiden elektrischen Leiter jeweils an einem feststehenden Kontaktstück angeschlossen
sind und auf das jeweils andere Kontaktstücke hinragen, so daß in der Schließstellung des Unterbrechers ein Stromweg gebildet
1st, In dem die durch die beiden elektrischen Leiter fliessenden
Ströme etwa antiparallel gerichtet sind und ein Hagnetfeld erzeugen, daß ein Lichtbogen, der beim öffnen des Unterbrechers
zwischen den festebehenden Kontaktstücken gebildet ist, von den beiden elektrischen Leitern weg gedrückt 1st.
2. Stromunterbrecher nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet,
daß mit den beiden feststehenden
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Kontakfcstüeken (14,15) zwei auseinanderlaufende Lichtbogenhörner
(19,18) elektrisch verbunden sind, die in derjenigen
Richtung verlaufen, in der der Lichtbogen von den magnetischen Feldern des Stroms in den beiden Leitern weggedrückt ist.
3. Stromunterbrecher nach Anspruch 2, dadurch g e kennzelchnet
, daß die beiden In einem bestimmten Abstand voneinander angeordneten feststehenden Kontakte (14,15)
In einer Kammer (20) angeordnet sind, die an einer Seite einen glockenförmigen Teil (20A) aufweist, in dem das bewegbare Kontaktstück
hin- und herbewegbar ist, und daß die Wände dieser Kammer, die neben der kürzesten Abstandslinie zwischen den
feststehenden Kontakten liegen, einen Acetalkunststoff enthalten.
4. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet , daß das bewegbare Kontaktstück
(30) zwei Kontaktflächen (3*»35) und einen starren Kontaktkörper
(31,33) aufweist, an dem die beiden Kontaktflächen starr zueinander befestigt sind, und daß der Kontaktkörper einen
geradlinigen Teil (31) aufweist, der parallel zur kürzesten Verbindungslinie und parallel zu den beiden länglich ausgebildeten
elektrischen Leitern angeordnet 1st.
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5· Stromunterbrecher nach Anspruch U3 dadurch gekennzeichnet
, daß das bewegbare Kontaktstück (30) als starrer elektrisch leitender U-förmig ausgebildeter Bauteil
ausgebildet ist, an dessen Süßeren Enden die beiden Kontaktflächen
angeordnet ..sind.
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J*
Leerseite
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