DE1690137A1

DE1690137A1 - Electric circuit breaker with fixed and movable arcing switches

Info

Publication number: DE1690137A1
Application number: DE1968S0113930
Authority: DE
Inventors: Werner Troebel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-01-31
Filing date: 1968-01-31
Publication date: 1971-04-22
Also published as: DE1690137B2

Description

Elektrischer Leistungsschglter mit feststehenden und beweglichen Lichtbogenaobaltatücken Die Schaltstücke elektrischer Leistungsdobalter, wie man siebeispielsweise in Niederspannungsverteilungsanlagen verwendet, vierden durch die beim Abschalten hoher Ströme auftretenden hohen Temperaturen der Lichtbögen stark beanspruchti Der Abbrand anden Scbaltstücken begrenzt die Schaltbäufigkeit und auch die Höhe def Stromes, der mit den Schaltstücken abgeschaltet werden kann.Electric power switch with fixed and movable arc aobalt pieces The switching pieces of electrical power, as they are, for example, in low-voltage distribution systems used, due to the high temperatures occurring when switching off high currents the arcs are heavily stressed and also the amount of current that can be switched off with the contact pieces.

Es sind zwar Werkstoffe bekannt, die gegenUber hoben Temperaturen, wie sie in Lichtbögen auftreten, verhältnismäßig beatänd-ig sind.-Hierzu gehören beiepielaweise Wolfram-und wolframbaltige Kontaktwerkstaffe. Bei den Leistungsschaltern der genannten Art bat es sich jedoch gezeigt, daß die Verwendung wolframhaltiger Kontaktauflagen jeweils an beiden zusammenwirkenden Schaltstäcken zu Schwierigkeiten führt. weil der Lichtbogen auf diesen Kontaktauflagen stehen bleibt und sie-zerstört. Der Grund fUr das Verhalten des Lichtbogens ist darin zu sehen, daß Wolfram eine hohe Elektronenemission besitzt. Infolgedessen werden die Fußpunkte auf den Kontaktauf lagen f estgebalteri, weil -dort eine große Anzahl von ladungsträgern gebildet wird. It is true that materials are known which are relatively resistant to elevated temperatures, such as those that occur in arcs. These include, for example, tungsten and tungsten-containing contact tools. In the case of the circuit breakers of the type mentioned, however, it has been shown that the use of tungsten-containing contact pads leads to difficulties on each of the two interacting switch sticks. because the arc stops on these contact surfaces and destroys them. The reason for the behavior of the arc is to be seen in the fact that tungsten has a high emission of electrons. As a result, the base points of contact on the lay f estgebalteri because -there a large number is formed by load carriers.

--Andererseits ist es bekannt, Lichtbogenschaltatücke -mit Führungskanten zu versehen" an denen der beim Öffnen der Schaltstücke ,gebildete-Lichtbogen entlangläuft (deutsche Patents-ehrift 482 116). Die Erfindung befaßt sich mi-t einem elektrischen Leistungsschal-. ter,-insbesondere einem Niederspännungsleiatungeschalter, der feststehende und bewegliche, mit Flihrungskanten fUr den Lichtbcgen versebene Lichtbogenscbaltstücke besitzt, die durch einen Antriebsme.cbanisinus relativ zueinander beuegbar sind. Gemäß der Erfindung sind sowohl die feststehenden als auch die beweglichen Schaltstücke mit einer Auflage aus wolframhaltigem Kontaktmaterial versehen, und-neben den Auflagen ist auf der der gewünschten Laufrichtung des Lichtbogens entsprechenden Seite ein Metallteil angeordnet, an das sich schienenartig geformte, die Mrungskanten für den licbtbogen bildende weitere idetellteile an'aebließen. Es-hat sich gezeigt,9 daß die Fußpunkte eines Lichtbogen# auf die neben den Kontaktauflagen angeordneten Metallteile leicht übertreten und dann vor, den Pührungskanten übernommen werden. Auf diese Weise kann die hohe Abbrandfestigkeit der wolframhaltigen Kontaktmaterialien ausgenutzt werden, weil die l':*Lcbtbogenfußpunkte durch die besondere Anordnung der Metallteile rasch in Bewegung gesetzt werdene Im Rahmen der Erfindung können jeweils ein an die Kontaktaufla-gO eines Schaltatückes anschließendes Metallteil und ein eine Führungskante bildendes leetallteil zu einem gemeinsamen Bauteil vereinigt sein. Für die lichtbogenfußpunkte wird hierbei ein ununterbrochener Weg geschaffen, so daß die Fußpunktwanderung nicht behindert wird.On the other hand, it is known to provide arc switching pieces with leading edges along which the arc, formed when the contact pieces are opened, runs (German patent application 482 116). The invention is concerned with an electrical circuit breaker. in particular a Niederspännungsleiatungeschalter, the fixed and movable, the Lichtbcgen shipping surrounded with Flihrungskanten for Lichtbogenscbaltstücke possesses that are beuegbar relative to each other by a Antriebsme.cbanisinus. According to the invention, both the stationary and the movable contact pieces with a coating of tungsten-contact material is provided, and In addition to the supports, on the side corresponding to the desired running direction of the arc, a metal part is arranged, to which rail-like shaped edges that form additional ideal parts for the arc of the arc were attached the next to the contact pads Tidy metal parts are easily stepped over and then taken over in front of the guiding edges. In this way, the high erosion resistance of the tungsten-containing contact materials can be used, because the l ': * Lcbtbogenfußpunkte are quickly set in motion by the special arrangement of the metal parts Leading edge forming metal part be combined to form a common component. An uninterrupted path is created for the arc roots so that the migration of the roots is not hindered.

Die Führungskanten fUr den Lichtbogen können zweckmäßig durch zwei in Abstand voneinander parallel an jedem SchaltetUck angeordnete Schenkel von Metallteilen gebildet sein, die weitere, nach-eritgegengesetzten Richtungen abgekantetö Schenkel besitzen, die sich an die Kontaktauflage anschließen. Bei einer anderen vorteilhaften Austübrungeform können als FUhrungskanten für den. Lichtbogen zwei zum End-e jades Schalt- stückes bin im spitzen Winkel zuvir»nder angeordnete Schenkel von getällteilen dieneni die wettereg nigeb inten abgekantete Schenkel besitzen. Diese Sobenkal schließen sich ebenfalls an die Kontaktauf lage an. Versuche haben gezeigt, daß es besonders vorteilhaft ist, die beschriebenen Bauteile aus eisenhaltigem Werkstoff herzustellen. Hierbei können -sowohl magnetisierbare, als auch nicbtmagnetisierbare Eisen1.egierungen verwendet werden. Als vorteilhaft haben sich ferner rostfreie Edelstähle mit hoher ScbmelLwärme erwiesen.The leading edges for the arc can expediently be formed by two legs of metal parts which are arranged at a distance from one another in parallel on each switch, which have further legs bent in opposite directions which adjoin the contact surface. In another advantageous Ausübrungeform can as FUhrungskanten f or the. Arc two to the end-e each switching piece are legs arranged at an acute angle to each other the weather registers are not beveled at the edges Own thighs. These Sobenkal also join the contact sheet on. Tests have shown that it is particularly advantageous to manufacture the components described from ferrous material. Both magnetizable and non-magnetizable iron alloys can be used here. In addition, stainless steels with high melting temperatures have proven to be advantageous.

Die Erf indung- wird im folgenden an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The Erf indung- is explained f olgenden with reference to the embodiments shown in the figures.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein feststehendes Scbaltstück in zwei Ansichten.Figures 1 and 2 show a fixed switch piece in two views.

Zwei Ausführungsformen von beweglichen Schaltstücken sind in den Figuren 3 und 4 bzw. 5 un16 darg.estellt.Two embodiments of movable contact pieces are shown in FIGS. 3 and 4 and 5 respectively.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein feststehendes SchaltstUck 1, das aus zwei symmetrisch ausgebildeten Kontaktteilen 2,21 besteht, die mit gegenseitigem Abstand auf einem-Bolzen 12 schwenkbarangeordnet sind. Die Kontaktteile 2,21 weisen eine abgewinkelte Form mit Schenkeln 3,#4 und 31 941 aufg die im stumpfen Winkel zueinander gtehen, wie Figur 2 zeigt. Die Enden der Schenkel 4 41 trägen Auflagen 5,5' aus 3iolframbaltigem-Kontaktmaterialg z.B. einem Wolf ram-Kupf er-Verbundwerkstof f . Diese Auflagen können mit den Kontaktteilen 2,21 beispielsweise durch eine Hartlötun g verbunden sein. An den einander zugewandten Seiten der Kontaktteile 2,21 sind aus einer eisenhaltigen Legierung.. 2.B. einem rostfreien Edelstahl best ehende Teile 6,61 angebracht" deren Schenkel 7,7' über die IContaktteile 2,21 vor stehen u-rid Führungskanten für beim Schalten gebildete Lichtbögen bilden.. Ferner besitzen die Eisenteile 6,61-nachentgegengesetzten Richtungen abgewinkelte Enden 81,8121 die sieh bündig an die Auflagen 5,5' anschließene wie die Figur-2 besonders deutlich zeigt. Die Kontaktteile 2e21 sind-unabhängig voneinander gegen Feder- kraft schwenkbar an einem Tragstück 10 angeordnet. In einen Durchbruch dieses Tragstückes--greifen die-Kontaktteile 2,21 mit Ansätzen ein, von denen in Figur 2 der Ansatz 11 geatrichelt dargestellt ist, -Durch Bohrungen in den erwähnten Ansätzen und durch weitere Bohrungen in dem Tragstäck 10 erstreckt sich ein Bolzen-12, der-gegenüber den«Kontaktteilen 2,2' durch eine Isolierbuchse 19-isoliert ist-. Die Schenkel 4,41 tr agen _je'einen Bolzen 13, der-durch eine-Öffnung 14 in dem Tragstück 10 hin- durchgreift. Auf den Bolzen.15,wirkt über ein isolierendes DruckstUck 15 eine-Schraubenfeder 16.-die sich gegen ei:nen Schenkel 17-des Tragstückes 10 abstützt. Durch di-e-Schrauben- feder 16 werden die Koritakttelle 2$21 im Ruhezusta#nd mit, den- Enden ihrer Schenkel 7,71 an einen-Anschlag 18 des #rragstückes 10 angelegt. Die beiden Kontaktteile-2e2' sind auf dem Bolzen 12 bzw. der Iaöllerbuchse 19-unabhäligig schwenkbar, da das Druck- etück 15 zwischen der Feder 1,6 und dem Bolzenn13 als Wippe wirkt. Das Tragstück 10 k- ann mit seiner Fläche 20 auf einen Stromleiter aufgesetzt und mit diesem durch geeignete Mittel, z.B. Schrauben verbunden vierden. Mit dem beschriebenen SchaltstUck 1 kann das in den Figuren 3 und 4 dargestellte Schaltstück 25 als bewegliches Schaltstück zusammenwirken. Das Schaltstück 25 besteht aus einem Pormteil 26,-das beispielsweise als GuCteil oder Warmpreßteil -aus Messing oder Kupf.er hergestellt sein kann. In das Formteil 26 sind Eisenteile 27,271 eingelassen-, die den beschriebenen Eisenteilen 6)61 (Figuren 1 und 2) entsprechen und die ebenfalls so angeordnet sind, daß ihre über das Pormteil 2,6 Uberstehenden Schenkel 30-,301 FUhrungskanten für lichtbögen bilden. in der gleichen Weise sind die Eisenteile 27,.27' mit abgewinkelten Schenkeln 31.311 versehen, die sich bündig an eine Auflage 32 aus wolframbaltigem Kontaktmaterial anschließend, Das untere Ende 33 des Formteile-s 26 ist so ausgebild.,ety daß es mittels geei8neter Verbindungselemente, Z.B. Schrauben, an dem Schalthebel eines Selbstschalters befestigt werden kann.Figures 1 and 2 show a fixed switching piece 1, which consists of two symmetrically formed contact parts 2, 21, which are arranged pivotably on a bolt 12 with mutual spacing. The contact parts 2, 21 have an angled shape with legs 3, # 4 and 31 941 which are at an obtuse angle to one another, as FIG. 2 shows. The ends of the legs 4 41 have sluggish supports 5, 5 ' made of 3iolfram-containing contact material, for example a tungsten-copper composite . These pads may be connected to the contact g 2.21 parts, for example, by a Hartlötun. On the mutually facing sides of the contact parts 2, 21 are made of an iron-containing alloy. 2.B. A rustproof high-grade steel existing parts 6,61 attached "whose legs 7,7 'protrude over the IContaktteile 2,21 u-rid guide edges for arcs formed during switching. Furthermore, the iron parts 6,61 have ends 81 angled in opposite directions , 8121 which see flush with the supports 5, 5 ' as the figure-2 shows particularly clearly. The contact parts 2e21 are - independently of each other against spring - arranged to be pivotable on a support piece 10 by force. In a Breakthrough of this support piece - engage with the contact parts 2.21 Approaches, of which approach 11 is dashed in Figure 2 is shown by drilling in the approaches mentioned and through further bores in the carrying piece 10 extends a bolt-12, which-opposite the "contact parts 2, 2" by a Isolation bushing 19-insulated. The legs 4.41 carry one each Pin 13 which-through-opening 14 in the supporting piece 10 back takes action. On the bolt. 15, acts via an insulating Pressure piece 15 a coil spring 16, which opposes one Leg 17 of the support piece 10 is supported. Through di-e screw spring 16 the Koritakttelle 2 $ 21 in the idle state with, the- Ends of their legs 7,71 on a stop 18 of the # rragstückes 10 created. The two contact parts-2e2 'are on the bolt 12 or the Iaöller bush 19-independently pivotable, since the pressure Etück 15 between the spring 1,6 and the Bolzenn13 acts as a rocker. The support piece 10 can be placed with its surface 20 on a current conductor and connected to it by suitable means, for example screws. With the switching piece 1 described , the switching piece 25 shown in Figures 3 and 4 can interact as a movable switching piece. The switching piece 25 consists of a molded part 26, which can be made of brass or copper, for example as a GuC part or hot-pressed part. In the molded part 26 iron parts 27,271 are embedded, which correspond to the described iron parts 6) 61 (Figures 1 and 2) and which are also arranged so that their legs 30, 301 protruding beyond the molded part 2,6 form guide edges for arcs. in the same way the iron parts 27 are provided, .27 'with angled legs 31,311, the flush subsequently on a support 32 made of wolframbaltigem contact material, the lower end 33 of the mold-part s 26 is out forming., ety that it means geei8neter fasteners , Eg screws, to which the switching lever of an automatic switch can be attached.

Wird das Formteil 26 durch Gießen hergestellt, so können die Eisenteile 27,271 beim Gießvorgang in dem Formteil verankert Eineandere Form eines beweglichen SchaltstUckes zeigen die Figuren 5 und 6. Das in diesen Figuren dargestellte Schaltstück 40 besteht aus einem Formteil 419 das ebenso wie das Formteil'26 ausgebildet und hergestellt sein kann. In das Formteil 41 sind ebenfalls symmetrisch ausgebildete Eisenteile 42,421 eingelassen, die Uber das Formteil 41 vorstehende Schenkel 439 431 als Führungskanten fUr Lichtbögen und abgewinkelte Enden 44,44.1 besitzen, die sich an eine Kontaktauflage 45 aus wolfrämhaltigem Kontaktmaterial bündig anschließen. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen EisenteilEnverlaufen die Schenkel 43,431 der Eisenteile 42,421 nicht mit gegenseitigem Abstand parallel zueinander, sondern sind-im spitzen Winkel derart angeordnet, daß am oberen Ende 46 des Formteiles 41 nur noch ein geringer Abstand zwischen ihnen vorhanden isti Die Enden 47,471 der Eisenteile 42,421 sind symmetrisch in der Weise abgewinkeltg daß sich ihre End-en berühren oder nur einen geringen Abstand voneinander haben, vie Figur 5 besonders deutlich zeigt. Im Kontaktsystem eines Selbstschalters kann beispielsweise ein Schalt.stück'nach den Figurerl-1 und 2 als feststehendes-B-chaltstück und ein Schaltstück nach den Piguren 3 und 4 als bewegli ebes Schaltstück verwendet werden. Dient das in den Figuren 5 und 6 dar?.lestellte SchaltetUbk als bewegliches SchaltstUck, so empfiehlt es äicbp ein feststehendes Schalt-stUck mit entsprechend geformten -Eisenteilen zu verwenden-. Anderersei.tä können auch jeweils zwei-gleiChe SchaltstÜcke' "" - gemäß den Figuren 3 und 4 bzw. 5 und 6 als feststehende und bewegliche -ScbaltetUcke zusammenwirken.If the molding manufactured by casting 26, the hardware 27.271 can during the casting in the mold part anchored another form of a switch movable Stuckes shown in FIGS 5 and 6. The contact member 40 shown in these figures consists of a mold part 419 which, like the Formteil'26 can be designed and manufactured. Symmetrical iron parts 42, 421 are also embedded in the molded part 41, which have legs 439 431 protruding over the molded part 41 as guide edges for arcs and angled ends 44, 44.1 which are flush with a contact pad 45 made of tungsten-containing contact material. In contrast to the iron parts described above, the legs 43, 431 of the iron parts 42, 421 do not run parallel to one another at a mutual distance, but are arranged at an acute angle in such a way that there is only a small distance between them at the upper end 46 of the molded part 41 Iron parts 42, 421 are angled symmetrically in such a way that their ends touch or are only a small distance apart, as FIG. 5 shows particularly clearly. In the contact system of an automatic switch, for example, a switching piece according to FIGS. 1 and 2 can be used as a fixed B-switching piece and a switching piece according to Figures 3 and 4 as a movable switching piece. If the switching unit shown in FIGS. 5 and 6 is used as a movable switching element, it is recommended to use a fixed switching element with appropriately shaped iron parts. Anderersei.tä can also in each case two identical contact members'"" - according to cooperate Figures 3 and 4 or 5 and 6 as fixed and movable -ScbaltetUcke.

-Im Ruhezustand liegen die zusammenarbeitenden Schaltstücke mit den Auflagen aus wolframhaltigem Kantaktmatexial aneinander an, wobei in bekannter Weise eine im Antriebesy-stem des Selbstschalters -vorhandene Feder den gewünschten Kontaktdruck liefert. Diesem Kontaktdruck entsprechend wird die Schraubenfeder 16 (Pigur.1) durebgedrückt. Beim Abheben des beweglichen Schaltstückes vom fests-t-ebenden Schaltstück wird zwischen den Kontaktauflagen ein Lichtbogen gezündet, sofern einausreichender Strom-fließt. Die Fußpunkte dieses Lichtbogens bewegen sich rasch von den Kontaktauflagen fort auf die abgewinkelten Schenkel-der 'Eisenteile, so daß die Kontaktauflagen auch sehr hohen Kurzschlußströmen standhalten können, da sie nur kurzzeitig durch die hohen Temperaturen des Lichtbogens beansprucht" werden. Das Übertretender Fußpunkte des Lichtbogens auf die abgewinkelten Schenkel der Eisenteile geschieht dann besondere gut, wenn. kein Luftspalt oder nur dünne metallische Fremdschichten zwischen den genannten Teilen vorhanden sind.-In the idle state, the cooperating contact pieces with the supports made of tungsten-containing Kantaktmatexial lie against each other, with a spring in the drive system of the self-switch delivering the desired contact pressure in a known manner. The helical spring 16 (Pigur.1) is pressed through according to this contact pressure. When the moving contact piece is lifted from the fixed contact piece, an arc is struck between the contact surfaces, provided that sufficient current is flowing. The foot points of this arc move quickly away from the contact pads onto the angled legs of the iron parts, so that the contact pads can withstand very high short-circuit currents, since they are only briefly stressed by the high temperatures of the arc The angled legs of the iron parts work particularly well when there is no air gap or only thin metallic foreign layers between the parts mentioned.

Von den abgewinkelten Schenkeln der Eisenteile gelangen die Fußpunkte des Lichtbogensauf die*Fühlungskanten, wobei das rasche Übertreten durch mechanisch glatten Übergang begünstigt wird. Dieser kann, wie an Hand der Ausführungebeispiele beschrieben, -am besten durch Zusammenfaseung der an die KOntaktauflaßen anechließenden Eisenteile mit den die Führun.gskanten bildenden Eisenteilen zu gemeinsamen Bauteilen erreicht werden.The base points come from the angled legs of the iron parts of the arc on the * contact edges, the rapid crossing by mechanical smooth transition is favored. This can, as in the case of the execution examples described, - best by joining together the lines at the contact points subsequent Iron parts with the iron parts forming the guide edges to form common components can be achieved.

Durch das Entlanglaufen der-LichtbogenfuApunkte an den Führungs,-kanten wird der Lichtbogen gel ängt. Mit den bes ehriebenen-Schaltstückeh kann eine geeignete Löschkammer zusammenwirken> dne die der Lichtbogen von den oberen Enden der SchaltstUcke übertritt. Beim Schließen der Seb altstücke wird die P.eder 16 (Figur 2) wieder entsprechend dem, Kontaktdruck durchgedrUckt. Dabei kommt es zu einer Wälzbewegung zwischen den Kontaktguflagen, wobei Fremdschichten zerstört werden. Dies setzt dentbergangswiderstand zwischen den Schaltstücken herab. Die unabhängige Schwenkbarkeit der Kontaktteile 2,21 auf dem Bolzen 12 bzw. der Isolierbuchse 19 gewährleistet eine gleichmäßige Aufteilung des Kontaktdruckes auf die beiden Auflagen 5,5re-Es kann auch eine noch weitergehende Unterteilung des SobaltetUckes 1 vorgenommen werden.The arc is lengthened by running along the arc base points on the guide edges. A suitable quenching chamber through which the arc crosses from the upper ends of the contact pieces can interact with the above-mentioned contact pieces. When closing the Seb old pieces, the spring 16 (Figure 2) is pushed through again according to the contact pressure. This leads to a rolling movement between the contact pads, whereby foreign layers are destroyed. This reduces the transition resistance between the contact pieces. The independent pivotability of the contact parts 2 , 21 on the bolt 12 or the insulating bushing 19 ensures an even distribution of the contact pressure on the two supports 5, 5 re.

Claims

Patent claims 1.-Electrical circuit breaker, in particular low-voltage circuit breaker, with fixed and movable arcing contact pieces provided with test edges for the arc, which can be moved relative to one another by a drive mechanism, characterized in that both the fixed and the moving contact pieces (' 25) with a. -Support , 32) are made of tungsten-containing contact material, and that in addition to the supports (32) on the side corresponding to the desired direction of the arc, a Me tall - part (31) is arranged on the rail-like shaped, the guide edges for more metal forming the arc! Connect parts (30,301) (Figures 3 and 4).

2. Electrical power switch according to claim 1, characterized in that one to the contact support (32) of a Scbaltstückes (25) subsequent metal part -, (31) and a leading edge forming metal part (30 ) combine to form a common component (27) -gt are (Figures 3 and 4). Electric power switch according to Anapruch 2 "thereby gellrennzeleveld, let the leading edges by two .geh-enkel_ (3e4, '301) from Netelltellen- (27,279) arranged parallel to one another at a distance yoA from each other have further legs (31, 311) bent on opposite sides, which adjoin the contact pad (32) 4. Electrical circuit breaker according to Claim 2, characterized in that two guide edges at an acute angle towards the end of a contact piece (40) each extending legs (43,43) are of metal parts (42.421), further, have inwardly bent arm (44.441) which is connected to the contact pad (45) (figures 5 and 6). 5. the electrical circuit breaker according to claim 1 characterized in that the metal parts (30.31) are made of ferrous material (figures 3,4). 6. Electrical lei-stungsachalter according Anepruch, .5, gekennzeichnetl in that the bletalltelle (30.3 1) consist of an iron-containing alloy with a high heat of fusion, in particular a stainless steel.