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Die
Erfindung betrifft einen Lastabschalter nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Bekannt
ist, zur schnellen Trennung von Stromkreisen unter anderem pyrotechnische
Verfahren zu verwenden, die den Leiter sprengen oder über eine
Mechanik den Leiter kappen.
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Diese
bekannten Lastabschalter haben zum einen den Nachteil, relativ teuer
zu sein, und zum anderen kann nach der Trennung der Stromkreis nicht mehr
geschlossen werden. Bei einer Fehlauslösung oder nach Beseitigung
der Auslösungsursache, muss
das Trennelement überbrückt oder
gar ausgetauscht werden.
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Aus
der WO 97 37 873 A1 ist eine Vorrichtung zum Unterbrechen des Stromflusses
in einem Kabel bekannt. In einem Gehäuse mit zwei voneinander isolierten
elektrischen Anschlussklemmen sind zwei voneinander elektrisch isolierte
Hülsen
angeordnet, die jeweils mit mindestens einer Anschlussklemme verbunden
sind und durch eine Ummantelung aus Kunststoff verbunden sind. In
den beiden Hülsen
ist ein kolbenartiges Stellelement angeordnet, das über Kontaktfedern
mit den Hülsen
Kontakt herstellt sowie in einer Kontaktstellung die beiden Hülsen elektrisch
verbindet und in einer Trennstellung keine Verbindung herstellt.
Durch das Zünden einer
pyrotechnische Ladung wird das Stellelement durch die Explosionsgase
in die Trennstellung verschoben.
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Nachteilig
an dem Stand der Technik ist, dass ein im Moment des Trennens entstehender Lichtbogen
nicht sicher und zuverlässig
unterdrückt wird
und es somit zu Abbrand und Beschädigungen an den Oberflächen des
Stellelements sowie der Hülsen
kommen kann, die ein Wiedereinschalten oder erneutes Auslösen erschweren
oder verhindern.
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Aus
der
DE 1 260 590 ist
ein Schalter bekannt, der durch eine Explosion einer Ladung öffnet. Ein
zylindrisches Gehäuse
nimmt einen kolbenartigen, beweglichen Kontaktkörper auf, in dem eine explosive
Ladung angeordnet ist. Diese Ladung kann durch getrennte elektrische Leitungen
gezündet
werden. Der Kontaktkörper
wird durch einen mit diesem verbundenen Stab in einer Bohrung des
Gehäuses geführt und
bei Auslösung
der Ladung aus dem zylindrischen Teil des Gehäuses heraus gestoßen. Durch den
Stab kann der Kontaktkörper
zurückgeschoben werden.
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Nachteilig
an diesem Stand der Technik ist, dass die Führung allein durch den Stab
bei einer Auslösung
zu Verschleiß und
Verbiegungen führen
kann und dadurch ein Wiedereinschalten verhindert werden kann.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Lastabschalter
zu schaffen, der kostengünstig
ist, nach einer Auslösung
leicht wieder einschaltbar ist und einen Verschleiß erzeugenden Lichtbogen
unterdrückt.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Lastschalter mit den Merkmalen des Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die Unteransprüche angegeben.
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Ein
Lastschalter mit den Merkmalen des Anspruch 1 ist einfach aufgebaut
und lässt
sich ohne weiteres für
eine Vielzahl von Einsatzfällen
nutzen. Vor allem wird ein im Moment des Trennens entstehender Lichtbogen
sicher und zuverlässig
unterdrückt,
da der neben dem Kontaktabschnitt liegende Trennabschnitt beim Trennen
in die Isolierhülse
gedrückt
wird. Durch die elastische Verformung des Trennabschnitts und die
entstehende Flächenpressung
zwischen Oberfläche
der Isolierhülse
und dem Trennabschnitt wird jeder Luftspalt verhindert. Ein Lichtbogen
wird schnell getrennt und durch den Trennabschnitt, der aus Isoliermaterial
besteht, verhindert. Abbrand und Beschädigungen an den Oberflächen des
Kontaktabschnitt sowie der ersten und zweiten Kontakthülse werden
unterbunden. Ein Lichtbogen wird zusätzlich noch unterdrückt, da
der Lastabschalter sehr schnell trennt. Der Schaltkolben ist im
Moment des Trennens bereits beschleunigt und bewegt sich bereits,
im Gegensatz zu bekannten Konstruktionen, bei denen sich ursprünglich ruhende Kontakte
lösen.
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In
vorteilhafter Ausführung
weist der Kontaktabschnitt Kontaktbereiche auf, die mit der ersten oder
zweiten Kontakthülse
einen elektrisch leitenden Kontakt herstellen.
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Dadurch
wird durch den höheren
Flächendruck
in den kleinen Kontaktbereichen der elektrische Kontakt auch während der
Bewegung des Schaltkolbens beim Ausschalten gewährleistet. Ein Verschleiß durch
Lichtbogen wird verhindert.
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Der
Kontaktabschnitt kann aus einer Metallhülse bestehen, dass sie in die
ein Spreizkolben aus elastischem Material mit Spreizringen eingesetzt
ist und die Kontaktbereiche können
ringförmige
Aufspreizungen der Metallhülse
durch die Spreizringe sein. Dabei ist die Materialstärke der
Metallhülse
so gewählt,
dass sie durch die Kraft der elastischen Verformung des Spreizkolbens
verformt werden kann. Der Spreizkolben kann einteilig mit dem Trennabschnitt
ausgeführt
sein
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Dadurch
können
auf einfache Weise Kontaktbereiche gebildet werden.
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Vorteilhaft
kann der Kontaktabschnitt aus einer Metallhülse bestehen, die durch Schlitzungen
federnde Abschnitt aufweist, die die Kontaktbereiche bilden. Insbesondere
kann ein federnder Abschnitt der Metallhülse eine nach außen geformte
Wölbung aufweisen,
die den Anpressdruck erhöht.
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Vorteilhaft
ist ein Kontaktbereich am äußersten
Rand des Kontaktabschnitts und unmittelbar an den Trennabschnitt
anstoßend
angeordnet.
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In
günstiger
Ausführung
ist die Isolierhülse mit
einem Gehäuseteil
des Lastabschalters einteilig ausgeführt ist.
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Dies
ermöglicht
es, nur durch das Anpassen eines Bauteils den Lastabschalter an
verschiedene Spannungen anzupassen. Die durch die Isolierhülse gebildete
isolierende Strecke kann unterschiedlich lang ausgelegt werden.
dabei ändert
sich geringfügig die
Gesamtlänge
des Lastabschalters.
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In
vorteilhafter Ausführungsform
ist die erste Kontakthülse
durch einen Flansch verschlossen, in den zumindest ein Gas entwickelnder
Treibsatz eingesetzt ist.
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Der
Trennabschnitt des Schaltkolbens kann gegenüber der ersten Kontakthülse gegen
Gase abdichten.
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Durch
die Zündung
des Treibsatzes wird der Trennabschnitt und somit der Schaltkolben
verschoben. Dies ermöglicht
ein sehr schnelles Schalten.
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Der
Treibsatz kann ein Explosivtreibsatz oder eine Kartusche eines unter
hohem Druck stehenden Gases sein.
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In
vorteilhafter Ausführung
sind mehrere, in Vertiefungen des Flansches eingesetzte Treibsätze vorhanden
und die Vertiefungen des Flansches sind durch Stopfen verschlossen.
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Dies
ermöglicht
ein erneutes Auslösen
des Lastabschalters nach einem Schalten bis die Anzahl der Treibsätze aufgebraucht
ist. Durch die Stopfen wird verhindert, dass ein Treibsatz durch
die Zündung
eines anderen Treibsatzes mitgezündet
wird.
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Vorteilhaft
ist als Einrückvorrichtung
eine mit dem Schaltkolben verbundene und durch ein Gehäuseabschluss
auf Seiten der zweiten Kontakthülse
angeordnete Stange vorgesehen.
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In
günstiger
Ausführungsform
weist der Schaltkolben zur Seite der zweiten Kontakthülse einen
zweiten Trennabschnitt auf und ist die zweite Kontakthülse durch
einen zweiten Flansch verschlossen, in den zumindest ein Gas entwickelnder
Einschalttreibsatz eingesetzt ist, der als Einrückvorrichtung dient.
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Es
können
mehrere, in Vertiefungen des zweiten Flansches eingesetzte Einschalttreibsätze vorhanden
und die Vertiefungen des Flansches durch Stopfen verschlossen sein.
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Der
Einschalttreibsatz kann ein Explosivtreibsatz oder eine Kartusche
eines unter hohem Druck stehenden Gases sein.
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Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden in den Zeichnungen beschrieben, bei denen
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1 schematisch,
im Schnitt einen erfindungsgemäßen Lastabschalter
in Einschaltstellung und
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2 schematisch
den erfindungsgemäßen Lastabschalter
der 1 in Trennstellung,
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3 schematisch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Lastabschalters
und
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4 perspektivisch
einen alternativen Kontaktabschnitt eines Schaltkolbens zeigt.
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1 zeigt
schematisch, im Schnitt einen erfindungsgemäßen Lastabschalter in Einschaltstellung.
Ein erster Kontaktanschluss 1 und ein zweiter Kontaktanschluss 2 dienen
als Anschluss für
die zu schaltende, hier nicht dargestellte Stromleitung. Der erste
Kontaktanschluss 1 ist mit einer ersten Kontakthülse 3 und
der zweite Kontaktanschluss 2 mit einer zweiten Kontakthülse 4 verbunden.
Eine Isolierhülse 5 ist
zwischen erster Kontakthülse 3 und
zweiter Kontakthülse 4 angeordnet,
trennt diese elektrisch voneinander und ist mit erster und zweiter
Kontakthülse 3, 4 so
ausgerichtet, dass sie im wesentlichen einen Hohlzylinder bilden,
in dem ein Schaltkolben 6 geführt ist. Der Schaltkolben 6 weist
einen Trennabschnitt 7 und einen Kontaktabschnitt 8 auf.
Mit dem Schaltkolben 6 ist eine Einrückstange 9 verbunden, die
aus einem Gehäuse 10 herausgeführt ist.
Ein Flansch 11, in dem in einer Bohrung ein Explosivtreibsatz 12 eingesetzt
ist, bildet mit der ersten Kontakthülse 3 und dem Trennabschnitt 7 des
Schaltkolbens 6 einen umschlossenen Raum. In der hier dargestellten
Einschaltstellung des Lastabschalters verbindet der Kontaktabschnitt 8 die
erste Kontakthülse 1 mit
der zweiten Kontakthülse 4.
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2 zeigt
schematisch den erfindungsgemäßen Lastabschalter
der 1 in Trennstellung. Gleiche Bauteile sind mit
denselben Bezugszeichen versehen. Der erste Kontaktanschluss 1 ist
mit der ersten Kontakthülse 3,
der zweite Kontaktanschluss 2 mit der zweiten Kontakthülse 4,
die durch die Isolierhülse 5 von
der ersten Kontakthülse 3 getrennt
ist. Der Schaltkolben 6 mit Trennabschnitt 7 und
Kontaktabschnitt 8 wurde durch die Gase, die der in den Flansch 11 eingesetzte
Explosivtreibsatz 12 entwickelt hat in eine Trennstellung
verschoben, in der der Trennabschnitt 7 in der Isolierhülse 5 sitzt
und durch die Isolierhülse 5 elastisch
verformt wird. Dadurch übt er
einen Flächendruck
auf die Oberfläche
der Isolierhülse 5 aus
und es verbleibt kein Luftspalt. Die Einrückstange 9 ragt in
der Trennstellung aus dem Gehäuse 10 heraus.
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Wenn
der Lastabschalter betätigt
wird, so wird der Explosivtreibsatz 12 gezündet und
die Explosionsgase drücken
auf den Trennabschnitt 7 und treiben den Schaltkolben 6 aus
der Einschaltstellung in die Trennstellung. Wenn der Kontaktabschnitt 3 des
Schaltkolbens 6 sich von der ersten Kontakthülse 1 löst, erfolgt
eine sehr rasche Unterbrechung der elektrischen Verbindung, da der
Schaltkoben 6 bereits beschleunigt wurde und mit großer Geschwindigkeit
sich bewegt. Der Trennabschnitt 7 hat einen solchen Durchmesser,
das er sich beim Hineinschieben in die Isolierhülse 5 elastisch verformt
und auf die Innenfläche
der Isolierhülse 5 eine
Flächenpressung ausübt. Dadurch
wird ein Luftspalt zwischen Isolierhülse 5 und Trennabschnitt 7 verhindert.
Da der Kotaktabschnitt 8 sich von der ersten Kontakthülse 3 erst
in dem Moment löst
und die elektrische Verbindung unterbricht, wenn der unmittelbar
am Schaltkolben 6 angrenzende Trennabschnitt 7 sich
in die Isolierhülse 5 schiebt,
wird ein Lichtbogen sofort unterbrochen bzw. seine Entstehung verhindert.
Mit der Einrückstange 9 kann
der Schaltkolben 6 in seine Einschaltstellung zurückgeschoben
werden. Es können
mehrere Explosivtreibsätze 12 in
jeweils eigenen Bohrungen angeordnet werden, die durch Stopfen verschlossen
werden. Dadurch werden beim Zünden eines
Explosivtreibsatzes 12 die anderen nicht ebenfalls gezündet und
der Lastabschalter kann mehrmals ausgelöst und wieder zurückgesetzt
werden, bis die Explosivtreibsätze 12 aufgebraucht
sind und ersetzt werden müssen.
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3 zeigt
schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Lastabschalters.
Ein erster Kontaktanschluss 13 ist mit einer ersten Kontakthülse 14 elektrisch
leitend verbunden und ein zweiter Kontaktanschluss 15 ist
mit einer zweiten Kontakthülse 16 elektrisch
leitend verbunden. Ein Gehäuse 17 ist
mit einer Isolierhülse 18,
die erste Kontakthülse 14 und
zweite Kontakthülse 16 voneinander
trennt, einstückig
ausgeführt.
Dadurch braucht nur diese Isolierhülse 18 angepasst zu
werden, wenn der Lastabschalter für unterschiedliche Spannungen
ausgelegt werden soll. An einen Trennabschnitt 19 eines
Schaltkolbens 20 ist ein Spreizkolben 21 angeformt,
der Spreizringe 22 aufweist und in eine Metallhülse 23 eingesetzt
ist, die als Kontaktabschnitt des Schaltkolbens 20 dient.
Durch die Spreizringe 22 wird die Metallhülse 23,
deren Materialstärke so
gewählt
ist, dass sie durch die Kraft der elastischen Verformung des Spreizkolbens 20 verformt werden
kann, ringförmig
aufgeweitet und hat in diesen Kontaktbereichen 31 einen
höheren
Flächendruck
gegenüber
erster Kontakthülse 14 bzw.
zweiter Kontakthülse 16.
In einen Abschlussflansch 24 sind mehrere Explosivtreibsätze 25 eingesetzt,
die über elektrische
Anschlussdrähte
gezündet
werden können.
Am entgegengesetzten Ende des Lastschalters ist ein zweiter Abschlussflansch 26 angeordnet,
in dem mehrere Einschalttreibsätze 25 eingesetzt
sind. Die Explosivtreibsätze 25 wie
auch die Einschalttreibsätze 27 können durch
hier nicht dargestellte Stopfen oder Blechabdeckungen gegen Mitauslösen beim
Zünden
eines anderen geschützt
werden. Über
eine Entlüftungsbohrung 28 können in
der Trennstellung Explosionsgase entweichen.
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Durch
Zünden
des Explosivtreibsatzes 25 kann der Lastabschalter wie
bereits oben bei dem ersten Ausführungsbeispiel
in der 1 und 2 geschildert, ausgelöst werden.
Durch die Spreizringe 22 kann eine einfache und kostengünstige Metallhülse 23 als
Kontaktabschnitt benutzt werden. Wird in der Trennstellung, nachdem
die Gase durch die Entlüftungsbohrung 28 entwichen
sind, ein Einschalttreibsatz 2 gezündet, so wird der Schaltkolben 6 zurück in die
Einschaltstellung geschoben.
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4 zeigt
perspektivisch eine alternative Ausführungsform der Metallhülse der 3.
Durch Längsschlitze 29 und
gewölbte
Prägungen 30 wird
alternativ zu den Spreizringen in der 3 ebenfalls ein
sicherer Kontakt mit erster Kontakthülse 14 bzw. zweiter
Kontakthülse 16 in 16 erreicht. Hierzu muss das material
der Metallhülse
ein Federmaterial sein.
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- 1
- erster
Kontaktanschluss
- 2
- zweiter
Kontaktanschluss
- 3
- erste
Kontakthülse
- 4
- zweite
Kontakthülse
- 5
- Isolierhülse
- 6
- Schaltkolben
- 7
- Trennabschnitt
- 8
- Kontaktabschnitt
- 9
- Einrückstange
- 10
- Gehäuse
- 11
- Flansch
- 12
- Explosivtreibsatz
- 13
- erster
Kontaktanschluss
- 14
- erste
Kontakthülse
- 15
- zweiter
Kontaktanschluss
- 16
- zweite
Kontakthülse
- 17
- Gehäuse
- 18
- Isolierhülse
- 19
- Trennabschnitt
- 20
- Schaltkolben
- 21
- Spreizkolben
- 22
- Spreizring
- 23
- Metallhülse
- 24
- erster
Abschlussflansch
- 25
- Explosivtreibsatz
- 26
- zweiter
Abschussflansch
- 27
- Einschalttreibsatz
- 28
- Entlüftungsbohrung
- 29
- Längsschlitz
- 30
- Prägung
- 31
- Kontaktbereich