DE1640913A1 - Verfahren zum Schalten von Stroemen und Schaltelement - Google Patents

Description

• Verfahren zum Schalten von Strömen und Schaltelement

  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten beliebig

  hoher Ströme mit extrem hoher Flankensteilheit bei vorzugsweise

  nicht rein ohmlseher Last und ein Schaltelement zur Durchführung

  des Verfahrens, insbesondere einen Sicherheitsschalter.

  Bei der Forderung nachextrem kurzen Schaltzeiten zum Ab-

  schalten von hohen Strömen mit mehr oder Weniger hohem Blindlast-

  anteil hat sieh die kinsohaltung eines Nebeniohlußweges als zweck-

  mäßig erwiesen. .gis ist bekannt, in derartigen zum Verbraucher

  parallelen Strompfaden sog. Kurzsahlußsohalter anzuordnen. Solche

  Schalterstrecken sind Quecksilberrelais und Thyratrons, die jedoch

  nur bei begrenzten Spannungen für kleine Stromstärken verwendbar

  sind. Für größere Leistungen sind Ignitrons bekannt, welche je-

  doch verhältnismäßig große Schaltzeiten benötigen. Die bekannten

  Schaltelemente sind daher nur unter besonderen Bedingungen ein-

  setzbar und insoweit noch verbesserungsbedürftig.

  Die Aufgabe der vorliegenden j&findung besteht daher in der

  Schaffung einen Schaltelementes zum Schalten beliebig hoher Ströme,

  insbesondere bei nicht rein Ohmtscher hast, bei extrem hoher

  Flankensteilheit baw. extrem kurzen Schaltzeiten. In Lösung der

  gestellten AWtgabe Ist die Urfindung durch ein Verfahren gekenn-

  zeichnet, bei dem ein Kontakt zwischen zwei Leitern durch .lht-

  zUndung einer aohnellzUadenden Treibladung geschlossen bax. ge-

  trennt wird. Dabei ist die Sohaltgeaohwindigkeit praktlnah nur

  duxoh die SahMntwiaklungnseit begrenzt. Die lentztindung der

  Treibladung IRann in an ei4h bekannter Weine erfolgen, s.8. bei

  Vux%"mg der itcals elztteohut:achalter mittels einer

  Zündpille oder dgl..
• Die Erfindung ist ferner gekennzeichnet durch ein Schaltelement zur Durchführung des genannten Verfahrens, insbesondere durch einen Sicherheitsschalter, bei dem zwei Leiter unter Bildung eines Luftspaltes im Abstand voneinander angeordnet und fegeneinander isoliert sind, wobei Anordnung und Materialauswall wenigstens eines Leiters derart getroffen sind, daß dieser bis zur Anlage-und Kontaktbildung mit dem anderen Leiter verformbar ist. Die Treibladung ist dabei so angeordnet, daß im Falle ihrer Zündung die Treibladungsgase auf den verformbaren Leiter wirken und diesen bis zur Anlage mit dem anderen Leiter verformen. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, die Treibladung in einer Druckkammer anzuordnen, die sich über dem verformbaren Leiter befindet.
• Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal der Erfinüung kann die Anordnung auch so getroffen sdn, daß sich die Treibladurng, zwischen zwei in elektrisch leitender Verbindung stehenden Leitern befindet, so daß im Falle der Treibladungsentzündunä die Treibladungsgase die Leiter auseinandersprengen.
• Bei einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung kann ein Schaltkörper vorgesehen sein, der mittels Patrone oder Sprengladung zwischen zwei Leiter zu deren Trennung oder Verbindung einsahießbar ist. Der Schaltkörper kann dabei entweder ein mittels einer Ftihrung auf' einer Bahnkurve geführtes Gleitstück oder ein prellfrei zwischen die Leiter einschießbares schnelles GeschoB sein.
• Bei der Ausbildung des Schaltkörpers als Gesahoß kann das , vorgeschlagene Schaltelement einen Schußkanal besitzen, der einen sich - in Schubrichtung des Geschosses gesehen, - konisch verjüngenden, hohlkegeligen Abschnitt mit einem Kegelwinkel besitzt, der kleiner als der Kegelwinkel des =für die Gesahaßreibung an der

  cau'kaüulc:aiiütuiy maligeblichen Reibungskegels und an einer solchen

  3'L;elle zwischen den beiden Leitern angeordnet ist, daM das in

  , 32111

  den Gc;xi:.:;tz:i_al ein;-E'/O-wsene Geschoß im Schußkanal stecken bleibt

  und dic. beiden Leiter uberbruckt'. Das Geschoß besteht dabei aus

  einer. :.r@;;`.:@°ial r:iit hoher elektrischer Leitfähigkeit.

  einem t-.*iiteren Merkirral der Erfindung konnen die beiden

  Leitei, r.:i@.@;els einer Zwischenlage hoher Durehschlagfeldstarke

  e1@h@ric: -e"eiieinaiider isoliert und fest miteinander verbunden

  jc.i::, @@.@. :..i@ Fels einer Schraubverbindunr-. Bei einer besonderen

  des Lrfindunj:sgegenstaiiües sind die beiden Leiter

  anL eordnet und mit je einer einen Teillabschnitt des

  bildenden Bohrung versehen. Die Anordnung ist dabei

  so getroi';'c:i, .ciaiä die Bohrungen miteinander fluchten und auf den

  einander .-ü;:e;;andteti Seiten, also im Bereich der an der zur Iso-

  lieren,: ;:i@irei@üen Z'wischenlage liegenden Kontaktflachen mit je

  einem ho:a@_e@.eli@.en Abschnitt versehen. Die Zwischenlage hoher

  Dizi'o.:1s0:.1:.:-'f c:ld stärke kann sich dabei quer durch den Schußkanal

  Bei anderen Ausfüi;rungsforn des Erfindungsgegenstandes

  kann die -' i,diuic:beiie der beiden gegeneinander isolierten Leiter

  parallel Zua° Achse des Schußkanals, vorzugsweise durch-die Schuß-

  Icanalac::s2,,-er@auf eit, wobei die beiden Leiter i^r Bereich ihrer

  durch eint Isolationsschicht voneinander getrennten Kontaktflächen

  @üä, Bilä@:. des Scilu,#*1canals entsprechende Ausneh.^,iungen mit @.e

  einer eines hohlkegeligen. Abschnittes aufweisen.

  Bei e:.3er weiteren Ausführungsform nach der Erfindung kennen

  cie' beide;: Leiter auch mittels einer in der Geschombahn liebenden

  Kontaictbr ;:uice, die beim Abfeuern des Geschosses zwischen den

  heitern c:.: ü,.' ernbar ist, miteinander verbunden sein. Die Kontakt-

  brücke kann dabei ein vom Geschotj durchtrennbares Zwischenstück zwischen den. beiden Leitern sein. Bei dieser Anordnung besteht da.a Geschob aus einem elektrisch isolierenden Material von vorzugsweise hoher Durchschlagfeldstarke..
• Die vorgeschlagene Anordnung ist wegen der erreichbaren, extrem kurzen Schaltzeiten mit besonderem Vorteil als Sicherheitsschalter in Nebenstromkreisen zur.Erzeugung von Kurzschlussen verwendbar, wenn die Abschaltung eines Stromes mit extrem hoher Flankensteilheit erfolgen soll. Die Anordnung eignet sich auch als Sicherheitsschalter für schlagwettergefährdete Gruben, dt. erwiesenermaßen ein Gewelhschuß Schlagwetter nicht zündet.
• lm folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben werden, jedoch ohne auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt zu sein. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittdarstellung der Anordnung zweier Leiter mit einem Schußkanal, Fig. 2 die gleiche Anordnung wie Fig. 1, jedoch mit einem in den Schußkanal eingeschossenen Geschoß, Fig. 3. eine andere Leiteranordnung mit Schußkanal, gleichfalls im Schnitt und Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 2, teilweise im Schnitt.
• In den Zeichnungen ist auf die Darstellung der Einrichtung zum Einschießen eines Geschosses in den Schußkanal verzichttgtet . worden.
• Beidem Schaltelement 1 nach Fig. 1 bestehen die beiden Leiter g, 3 aus übereinander , z.B. kreisförmigen Platten, die mittels einer Isolationaschicht 4 aus einem Material hoher Durchschlagfeldstärke gegeneinander isoliert und mittels der. Schrauben 5 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise fest miteinander verbunden sind. Selbstverständlich müssen die Schrauben 5 in geeigneter Form gegenüber wenigstens einem heiter isoliert sein; im vorliegenden Falle durch Isolationshülse 6, welche die Schrauben gegenüber dem plattenförmigen Leiter 3 elektrisch abschirmen. Die plattenförmigen heiter 2, 3 sind mit -schematisch *angedeuteten - elektrischen Anschlußkontakten 7, 8 zwecks.Einschaltung des Schaltelementes in einen Stromkreis versehen. Durch die beiden plattenförmigen Leiter 2, 3 erstreckt sich ein Schußkanal 9 hindurch. Der Schußkanal hat im Bereich des Leiters 2 und in dem an den Leiter 2 angrenzenden Abschnitt des Leiters 3 je einen hohlkegelförmigen Abschnitt 1p, 11 der in einen zylindrischen Abschnitt 12 im Bereich des unteren Leiters 3 übergeht. Der Kegelwinkel der hohlkegelförmigen Abschnitte ist dabei kleiner als der Kegelwinkel des der Reibung eines Geschosses an den Schußkanalwandungen entsprechenden Reibungskegels gewählt, so daß ein - in Richtung des Pfeiles 14 - in den Schußkanal eingeschossenes Geschoß 13, welches sich beim Eintreten in den Schußkanal mehr oder weniger verformt, im Schußkanal an einer solchen Stelle stecken bleibt, daß das Geschoß als Kontaktbrücke zwischen den beLiden Leitern 2, 3 dient (Fig. 2). Hei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 bestehen die beiden Leiter 2', 31 aus Halbzylindern, deren Trennebene, die schematisch bei 15 angedeutet ist, durch die Achse des SchuB-kanals 91 verläuft. Auch bei dieser Ausführungsform'sind die beiden in Gestalt von Halbzylindern ausgeführten Leiter 21, 3t mittels einer Isolationsschicht 4' aus Material hoher Durehsehlagfeldstärke gegeneinander isoliert. Heide heiter sind in ähnlicher Waise Wie beJ. der Ausführungsform lach Fig. 1 mittels der durch Isolationshülsen 6t gegenüber dem-Leiter 3' isolierten Schrauben 5'' fest miteinander@verbunden. Jeder Leiter ist mit einem - schematisch gezeigten - Anschlußkontakt 7', 8' versehen. Der Schußkanal 9' ist durch entsprechende Ausnehmungen in beiden Leitern gebildet, die je eine Halbkegelhälfte 1Q',-11' und eine sich -in Schußrichtung (Pfeil 14') gesehen - daran anschließende Zylinderhälfte besitzen. Nie insbesondere Fig. 4 zeigt, sind die in Gestalt von Halbzylindern ausgeführten Leiter 2', 3' so u zusammengesetzt, daß die entsprechenden Ausnehmungen einen Schußkanal gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 bilden. Der Kegelwinkel der hohlkegelförmigen Abschnitte ist auch in diesem !-'alle kleiner als der Kegelwinkel des der Reibung des Geschosses an den Schußkanalwandungen entsprechenden Reibungskegels, so daß ein in den Schußkanal eingeschossenes Geschoß im Bereich des hohlkegelförmigen Schußkanalabschnittes abgefangen und infolöe Selbsthemmung gehalten wird.
• Das vorgeschlagene Schaltelement ist worzugsweise für Sicherheitsschaltungen gedacht, bei denen z.ß. durch Lrzeugung eines Kurzschlusses in einem zum Verbraucher parallelen Strompfad in äußerst kurzer Zeit Ströme beliebiger Stärke bei extrem hoher Flankensteilheit geschaltet werden sollen. Die Betätigung der in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellten Einrichtung zum Abfeuern des Geschosses kann - wie bereits oben ausgeführt wurde - in an sich bekannter Weise,z.B. bei Verwendung der Anordnung als Blitzschutzschalter,mittels einer Zundpille od.dgl. erfolgen.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r u c h e Verfahren zum Schalten beliebig; hoher Ströme bei extrem :ioiier i,'liui,"eizsteilheit bzw. extrem kurzen Schaltzeiten und vor- zuL,sweisc- ni--,lit rein ohmi scher Last, dadurch e k u n n - ,@ e i c i: ii e t , daß ein Kontakt zwischen zwei Leitern durch ::ntzuil:iui:_ einer schnellzündenden Treibladung; L;esclilossen bzw. @;etrei>l@t nrirä. Schaltelement zur Durchfühu ung; des Verfahrens nach An- spruch 1, insbesondere Sicherheitsschalter, g~ e k e n n z e i ch- n e t dur:?i zi-rei Leiter, die unter Bildung; eines Luftspaltes irr Abstand voneinander angeordnet und gegeneinander isoliert si:id, wo'-ci Anordnung und Materialauswahl wenigstens eines Leiters derart .;etroffen sind, daß dieser bis zur Tage und Kontaktbildung mit dein arideren Leiter verformbar ist und g e k e n n a e i c h - ii e t durch eine Treibladung;, die so angeordnet ist, daß im Falle ihrer 'Zündung; die Treibladungsgase auf den verformbaren Leiter wirken und diesen bis zur Anlage mit dem anderen Leiter v erforrnen. Schaltelement nach Anspruch 2, dadurch g e.k e n n z e i ch- n e t , daL die Treibladung in einer Druckkammer angeordnet ist, die sic:; ::ber dem verformbaren Leiter befindet. Schaltelement zur Duiehfulirung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere Sicherheitsschalter, g e Ice n n z e i c h n e t durch zwei in elektrisch leitender Verbindung stehende Leiter und e k e :_ n z e i c h n e t durch eine zwischen beiden Leitern so angeordnete Treibladung, Dame im Falle ihrer Entzundung die ;reibladungsgase die Leiter auseinandersprengen.- 5. Schaltelement zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere Sicherheitsschalter, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Schaltkorper (13), der mittels Patrone oder Sprengladung zwischen zwei Leter (2, 3) bzw. (2', 3') zu deren Trennung oder Verbindung einschießbar ist. 6. Schaltelement nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c.hn e t , dau der Schaltkorper ein mittels einer Fuhrung auf einer Bahnkurve gefuhrtes Gleitstuck ist. ' 7. Schaltelement nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , dau der Sehaltkorper ein prellfrei zwischen die Leiter einschieBbares schnelles Geschob (1j) ist. @i. Schaltelement nach Anspruch 7, g e k e n n z e i e h n e t durch einen Schußkanal (9r 9t) der einen sich - in Schußrichtung gesehen - konisch verjungenden, hohlkegeligen Abschnitt mit einem Kegelwinkel besitzt, der kleiner als der Kegelwinkel des fur die Geschobreibung an der Sehußkanalwandung maugebliehen Reibungskegels und an einer solchen Stelle zwischen den beiden Leitern (d, j) bzw. (2', 3') angeordnet ist, daß das in den Schußkanal eingeschossene Geschoß (13) die beiden Leitern überbrückt. 9. Schaltelement nach Anspruch 7 oder $, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Geschoß (13) aus elektrisch leitendem Material besteht. 10. Schaltelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch L e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Leiter (2, 3) hzw. (2', 3') mittels einer Zwischenlage (4, V) hoher Durchschlagfeldstärke elektrisch gegeneinander isoliert und fest miteinander verbunden sind, z.B. mittels Schraubverbindung. 11. Schaltelement nach Anspruch 10, dadurch g e ke n n z e i c hn e t , daß die beiden Leiter (2, 3) übereinander angeordnet und mit je einer einen Teilabschnitt des Schußkanals (9) bildenden Bohrung versehen sind, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Bohrungen in beiden heitern miteinander fluchten und auf ddn einander zugewandten Seiten je einen hohlkegelförmigen Abschnitt besitzen. 12. Schaltelement nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n z e i c h. n e t , daß sich die Zwischenlage (4) hoher Durchschlagfeldstärke quer durch den Schußkanal (9) hindurcherstreckt. 13. Schaltelement nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i chn e t , daß die beiden Leiter (21, 3°) in diner im wesentlichen parallel zur Achse des Schußkanals (9°), vorzugsweise durch die Schußkanalachse, verlaufenden Kontaktebene zusammengefügt sind und zur Bildung des Schußkanals entsprechende Ausnehmungen mit je einem die Hälfte eines Hohlkegels bildenden Abschnitt aufweisen. 14. Schaltelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die beiden Leiter mittels einer in der Gesehoßbahn liegenden Kontaktbrücke, die beim Abfeuern des Geschosses zwischen den heitern entfernbar ist, miteinander verbunden sind. 15. Schaltelement nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n z ei chn e t , daß die Kontaktbrücke ein vom Geschoß durchtrennbares Zwischenstück zwischen den beiden Leitern ist. 16. Schaltelement nach Anspruch 14 oder 1g, dadurch g e k e n nz e i o h n e t , daß das Geschoß aus einem elektrisch isolierenden Material hoher Durohachlagfeldstärice besteht.