DE19851226C2 - Trennschalter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Trennschalter gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Ein derartiger Trennschalter ist in der nicht vorveröffentlichten DE 197 40 490 C1 gezeigt und beschrieben.

Grundsätzlich hat sich dieser Trennschalter bewährt. Jedoch wird der konstruktive Aufwand dann relativ groß, wenn mehrpolige Kabel eingesetzt werden, da praktisch jedes Kabel mit einem solchen Trennschalter ausgestattet werden muß, die überdies so miteinander zu kop­ peln sind, daß eine gleichzeitige Stromunterbrechung gewährleistet ist.

Aus der DE 42 09 199 C2 ist ebenfalls ein Trennschalter bekannt geworden, der allerdings konstruktionsbedingte Nachteile aufweist, die sein Einsatzgebiet einschränken und darüber hinaus eine absolut sichere Funktion nicht gewährleisten.

So ist beispielsweise ein zuverlässiges Auseinandertreiben der Kontaktbrücken über einen entsprechend großen Hub nicht möglich, da zum einen die Abstoßungskräfte, mit denen die Kontaktbrücken beaufschlagt werden, relativ klein sind und zum anderen diese Kräfte gegen eine Federkraft wirken müssen, mit der zumindest eine Kontaktbrücke an den Stromleiter angedrückt wird.

Der Einsatz eines solchen Trennschalters ist vor allem dann nicht möglich, wenn mehrpolige Kabel eingesetzt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Trennschalter der gat­ tungsgemäßen Art so auszubilden, daß mit geringem baulichen Aufwand auch mehrpolige Kabel trennbar sind.

Diese Aufgabe wird durch einen Trennschalter gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Im Fall eines Kurzschlusses oder auftretenden Überstroms erfolgt eine explosionsartige Un­ terbrechung durch Abheben der Kontaktbrücke vom Stromleiter dadurch, daß die magnetisch leitfähige Scheibe vom ortsfesten Permanentmagneten weggetrieben wird, wobei die Kon­ taktbrücke ebenso wie die magnetisch leitfähige Scheibe mit der Koppelstange verbunden ist.

Je nach Länge der Koppelstange, an deren einem Endbereich der magnetodynamische Antrieb angeordnet ist, können beliebig viele Kontaktbrücken angeschlossen sein, die allesamt gleich­ zeitig im Fall einer Stromunterbrechung von den jeweiligen zugeordneten Stromleitern abge­ hoben werden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß an dem dem ma­ gnetodynamischen Antrieb gegenüberliegenden Endbereich der Koppelstange eine Rückstel­ leinrichtung vorgesehen ist, mit der die Koppelstange so axial bewegbar ist, daß sie zum einen die magnetisch leitfähige Scheibe mit dem Permanentmagneten und zum anderen die Kon­ taktbrücke mit dem zugeordneten Stromleiter in Verbindung bringt.

Diese Rückstelleinrichtung kann konstruktiv unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise als Exzenterscheibe oder als Kniehebelantrieb.

Ein weiterer Gedanke der Erfindung sieht vor, daß die Kontaktbrücke in Stromflußstellung federbelastet an dem Stromleiter anliegt und so auf der Koppelstange geführt ist, daß sie die­ ser gegenüber über einen gewissen Bereich eine Relativbewegung vollführen kann.

Zur Druckfederbelastung ist zweckmäßigerweise eine Druckfeder, beispielsweise in Form einer Schraubenfeder vorgesehen, die sich einerseits an der Kontaktbrücke und andererseits an einem fest mit der Koppelstange verbundenen Anschlag abstützt. Dabei übernimmt die Druckfeder multifunktionelle Aufgaben. So dient sie zum einen der Beschleunigung der Öff­ nungsbewegung der Koppelstange, da sich ja - wie erwähnt - die Kontaktbrücke relativ zur Koppelstange bewegen kann. Zum anderen drückt sie die Kontaktbrücke in Schließstellung gegen den Stromleiter.

Nach einem weiteren Gedanken ist eine Lichtbogenlöschung vorgesehen, die dann wirksam wird, wenn beim Unterbrechen des Stromflusses durch Abheben der Kontaktbrücke von den beiden Stromleiterabschnitten zwischen diesen ein Lichtbogen entsteht.

Dabei kann die Lichtbogenlöschung durch eine Schmelzsicherung erfolgen, die Bestandteil eines Bypasses ist, der die beiden Stromleiterabschnitte miteinander verbindet und den entste­ henden Lichtbogen leitet.

Eine andere Möglichkeit der Lichtbogenlöschung besteht darin, daß der Bypaß aus einer an sich bekannten Dioden-Gleichrichterbrücke gebildet wird, die aus mehreren, vorzugsweise vier Dioden besteht. Beim Öffnen der Kontakte fließt der Lichtbogenstrom über die Dioden in einen angeschlossenen Kondensator, der den Kurzschlußstrom aufnimmt, d. h. der Kondensa­ tor wird dadurch aufgeladen. Hierdurch erfolgt eine Löschung des Lichtbogens.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnun­ gen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Trennschalter in Stromflußstellung in einer ge­ schnittenen Seitenansicht;

Fig. 2 den Trennschalter in Stromunterbrechungsstellung gleichfalls in einer ge­ schnittenen Seitenansicht;

Fig. 3 und 4 jeweils ein unterschiedliches Ausführungsbeispiel einer Einzelheit des Trenn­ schalters in einer schematischen Darstellung.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Trennschalter dargestellt, wie er beispielsweise in einem strom­ begrenzenden Schaltgerät zur Anwendung kommen kann.

In seinem Grundaufbau besteht der Trennschalter aus mehreren Kontaktbrücken 9, die in Stromflußstellung jeweils zwei in diesem Bereich unterbrochene Kontakte 8 überbrückt, die mit nicht dargestellten Stromleitern verbunden sind.

Die Kontakte 8 sind unter Zwischenlage von Isolierungen 22 sowohl fest miteinander wie auch mit einer Wand eines Gehäuses 1 verbunden, während die Kontaktbrücken 9 zur Strom­ flußunterbrechung relativ dazu bewegbar sind.

Die Kontaktbrücken 9 sind auf einer Koppelstange 7 gelagert, die quer zu den Kontakten 8 angeordnet ist und axial bewegbar gehalten ist.

An einem Ende der Koppelstange 7 ist ein Joch 6 befestigt, das aus einem nichtleitenden Ma­ terial besteht.

Konzentrisch zur Koppelstange 7 ist an der Unterseite des Joches 6 eine magnetisch gut leit­ fähige Scheibe 5 befestigt, die beispielsweise aus Eisen besteht.

An dieser Scheibe 5 wiederum ist ein elektrisch gut leitender Ring 4 befestigt, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer, der in Stromflußrichtung, wie sie in der Fig. 1 gezeigt ist, an einem Permanentmagneten 2 anliegt. Durch die Magnetkraft werden die Kontaktbrücken 9 in ihrer Schließstellung gehalten.

In dem Permanentmagneten 2 ist eine Spule 15 eingelagert, die Anschlüsse 16 aufweist, an denen ein nicht dargestellter Energiespeicher, beispielsweise ein Kondensator, anliegt.

Der Permanentmagnet 2 ist in einer ringförmigen Aufnahme 3 gehalten, die mit dem Gehäuse 1 fest verbunden ist. Im Innern der Aufnahme 3 ist eine Druckfeder 11 angeordnet, die sich einerseits am Gehäuse 1 und andererseits am Joch 6 abstützt.

Im Kurzschlußfall erhält die in dem Permanentmagneten 2 integrierte Spule 15 über den Energiespeicher einen Impuls, der um die Spule 15 ein Magnetfeld erzeugt.

Dieses Magnetfeld induziert in dem Ring 4 einen Strom, dessen Feld entgegengesetzt ist zum Feld der Spule 15 und somit eine abstoßende Kraft erzeugt. Gleichzeitig überlagert das Ma­ gnetfeld der Spule 15 das Magnetfeld des Permanentmagneten 2, wodurch dieses in seiner Wirkung aufgehoben wird. Durch die Kraft der Druckfeder 11 sowie durch die abstoßende Kraft der Magnetfelder wird die Koppelstange 7 axial verschoben, wodurch die nunmehr haltlosen Kontaktbrücken 9 innerhalb kürzester Zeit aus ihrer Kontaktstellung gebracht wer­ den.

Um die explosionsartige Bewegung beim Öffnen abzufangen, ist ein Dämpfungsglied 23 vor­ gesehen, das ortsfest gehalten ist und an dem das Joch 6 anliegt.

In der Fig. 2 ist die Stellung gezeigt, in der der Stromfluß unterbrochen ist, die Kontaktbrüc­ ken 9 also eine obere Endstellung einnehmen und die Scheibe 5 und der Ring 4 außer Eingriff sind.

Die Koppelstange 7 weist eine ummantelnde Isolierung auf, an der jeder Kontaktbrücke 9 zugeordnet ein Aufnahmering 10 befestigt ist, auf dem die zugeordnete Kontaktbrücke 9 in­ nerhalb eines bestimmten Bereiches axial verschiebbar gelagert ist.

Weiter dient der Aufnahmering 10 der Aufnahme eines Anschlagringes 12, der auf der Kop­ pelstange 7 geführt ist und der Bestandteil der Kontaktbrücke 9 ist. Eine konzentrisch auf der Koppelstange 7 geführte Druckfeder 13 stützt sich einerseits auf dem Anschlagring 12 und andererseits an einem Anschlag 14 ab, der topfartig ausgebildet ist. Dieser Anschlag 14 ist gleichfalls fest mit der Koppelstange 7 verbunden.

Die Druckfedern 13, die in Schließstellung der Kontaktbrücken 9 gespannt sind, unterstützen beim Öffnen der Kontaktbrücken 9 die axiale Bewegung der Koppelstange 7. In Schließstellung der Kontaktbrücken 9 werden diese durch die Druckfedern 13 an die Kon­ takte 8 gepreßt.

Zum Wiedereinschalten des Trennschalters ist eine an dem dem Joch 6 gegenüberliegenden Ende der Koppelstange 7 vorgesehene, nicht dargestellte Rückstelleinrichtung vorgesehen, mit der die Koppelstange 7 in Richtung des Permanentmagneten 2 verfahren werden kann.

Dabei wird eine magnetische Verbindung zwischen der Scheibe 5 und dem Permanentma­ gneten 2 hergestellt, so daß durch die Magnetkräfte des Permanentmagneten 2 die Kontakt­ brücken 9 mit Unterstützung der Druckfedern 13 nach unten in eine Kontaktschließstellung gezogen werden.

In den Fig. 3 und 4 sind unterschiedliche Ausführungsvarianten für eine Lichtbogen­ löschung dargestellt, wie sie jeder Kontaktbrücke 9 zuzuordnen ist. Der Einfachheithalber beschränkt sich die Darstellung auf eine schematische Ansicht.

In der Fig. 3 besteht die Einrichtung zur Lichtbogenlöschung aus einer mit vier Dioden 25 bestückten Dioden-Gleichrichterbrücke 18, die stromführend mit den Kontakten 8 verbunden ist. An die Dioden-Gleichrichterbrücke 18 ist ein Kondensator 20 angeschlossen, während zwischen beiden ein Widerstand 19 angeordnet ist.

Im Kurzschlußfall, wenn durch Abheben der Kontaktbrücke 9 der Stromfluß zwischen den Kontakten 8 unterbrochen wird, fließt ein Lichtbogenstrom über die Dioden- Gleichrichterbrücke 18 in den Kondensator 20, der durch Aufladen den Kurzschlußstrom auf­ nimmt. Hierdurch wird der entstehende Lichtbogen gelöscht.

Bei der in der Fig. 4 gezeigten Lichtbogenlöscheinrichtung 17 wird der bei einem Kurz­ schluß entstehende Lichtbogen durch eine Schmelzsicherung 21 gelöscht, die elektrisch mit den Kontakten 8 verbunden ist. Durch Austauschen der Schmelzsicherung 21 nach einem Kurzschlußfall kann die Lichtbogenlöscheinrichtung 17 wieder in Funktionsstellung gebracht werden.

Claims (19)

1. Trennschalter zum Unterbrechen des Stromflusses in einem Stromleiter bei Überstrom oder Kurzschluß, mit mindestens einer Kontaktbrücke (9), die bei Stromfluß an dem in diesem Bereich getrennten Stromleiter anliegt, und einer magnetisch leitfähigen Scheibe (5), die zusammen mit einer an einem Energiespeicher angeschlossenen Spule (15) einen magnetodynamischen Antrieb bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch leitfähige Scheibe (5), die an einer axial bewegbaren Koppelstange (7) befestigt ist, in Stromflußstellung an einem ortsfesten Permanentmagneten (2) anliegt, in dessen Wirkbereich die Spule (15) angeordnet ist, wobei die Kontaktbrücke (9) mit der Koppelstange verbunden ist.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch leitfähige Scheibe (5) mittels einer Rückstelleinrichtung aus einer Stromunterbrechungsstellung in Stromflußstellung bringbar ist.

3. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch leitfähige Scheibe (5) an einem mit der Koppelstange (7) verbundenen Joch (6) festgelegt ist.

4. Trennschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (6) aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht.

5. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der magnetisch leitfähigen Scheibe (5), auf ihrer dem Permanentmagneten (2) zugewandten Seite mit einem elektrisch gut leitenden Ring (4) versehen ist.

6. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (15) im Permanentmagneten (2) integriert ist.

7. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleiter bzw. daran angeschlossene Kontakte (8) gegenüber der Kontaktbrücke (9) ortsfest angeordnet sind.

8. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (2) in einer ortsfesten Aufnahme (3) gehalten ist.

9. Trennschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (3) an einem Gehäuse (1) festgelegt ist.

10. Trennschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (3) ringförmig ausgebildet ist.

11. Trennschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittenöffnung der Aufnahme (3) eine Druckfeder (11) vorgesehen ist, die sich einerseits am Gehäuse (1) und andererseits an dem Joch (6) abstützt und die konzentrisch zur Koppelstange (7) angeordnet ist.

12. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein ortsfestes Dämpfungsglied (23) vorgesehen ist, an dem das Joch (6) in Stromunterbrechungsstellung anliegt.

13. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kontaktbrücke (9) axial beweglich auf einem Aufnahmering (10) gelagert ist, der fest mit der Koppelstange (7) verbunden ist.

14. Trennschalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aufnahmering (10) ein gegenüber der Kontaktbrücke (9) feststehender Anschlagring (12) geführt ist, an dem sich eine Druckfeder (13) abstützt, die andererseits an einem fest mit der Koppelstange (7) verbundenen Anschlag (14) anliegt.

15. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstange (7) außenseitig mit einer Isolierung (24) umhüllt ist.

16. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleiter bzw. die daran angeschlossenen Kontakte (8) mittels Isolierkörper (22) abständig zueinander gehalten werden.

17. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kontaktbrücke (9) eine Lichtbogenlöscheinrichtung (17) zugeordnet ist.

18. Trennschalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlöscheinrichtung (17) aus einer Gleichrichterbrücke (18) besteht, die einerseits elektrisch mit den Kontakten (8) und andererseits mit einem Kondensator (20) verbunden ist, wobei zwischen der Gleichrichterbrücke (18) und dem Kondensator (20) ein Widerstand (19) angeordnet ist.

19. Trennschalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenlöscheinrichtung (17) eine Schmelzsicherung (21) aufweist, die an einen die beiden durch die Kontaktbrücke (9) miteinander überbrückbaren Kontakte (8) verbundenen elektrischen Leiter angeschlossen ist.