DE2423660A1

DE2423660A1 - Elektrischer schalter

Info

Publication number: DE2423660A1
Application number: DE19742423660
Authority: DE
Inventors: Beantragt Nichtnennung
Original assignee: Hazemeijer BV
Current assignee: Hazemeijer BV
Priority date: 1973-05-15
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1974-12-05
Also published as: BE814891A; ES426319A1; AU6889374A; NL7306760A; FR2230060A1

Description

9375-74/Dr.v.B/Ba
BO 5161 MdR
NL-PA 73.06760
AT: 15. Mai 1973

NL-PA 73.06760 *" ^

Hazemeijer B.V.
Tuindorpstraat 61 , Hengelo (Niederlande)

Elektrischer Schalter

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter mit zwei Kontaktstücken, die mittels eines Betätigungsmechanismus miteinander in Berührung gebracht und voneinander getrennt werden können, und zwei aus Isoliermaterial bestehenden Wänden, die zum Kühlen eines Lichtbogens dienen, der nach dem Trennen der Kontaktstücke im Zwischenraum zwischen diesen entstehen kann.

Ein Schalter dieses Typs ist aus der Veröffentlichung "Löschung von Lichtbögen in engen Spalten zwischen Isolierstoffwänden" ETZ A82, Heft 11 (1961) Seiten 336 bis 342 bekannt.

Bei dem bekannten elektrischen Schalter wird der sich zwischen den Kontaktstücken nach der Trennung bildende Lichtbogen in den engen Spalt zwischen den beiden isolierenden Wänden mittels gerader Leiter (den sogenannten Läufern) durch den magnetischen Blaseffekt und durch Konvektion getrieben. Der Spalt hat dabei solche Abmessungen, daß ein direkter Wärmeaustausch zwischen dem Bogen und den isolierenden Wänden stattfindet. Der Lichtbogen wird auf diese Weise gekühlt und die Bogenspannung erhöht, was für die Unterbrechung des Bogenstromes erforderlich 'ist.

409849/0862

Bei dem bekannten Schalter befindet sich der Lichtbogen schließlich zwischen den Enden der Läufer und bleibt dort solange, bis er schließlich erlischt. DerBogen hat feste Fußpünkte an den Enden der Läufer, was eine starke Korrosion der Läufer, eine relativ niedrige Bogengeschwindigkeit und Feuererscheinungen, wenn der Bogen den Spalt zwischen den isolierenden Wenden verläßt, verursacht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß der Bogen während des ganzen Äbschaltvorganges feste Fußpunkte nicht haben kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen elektrischen Schalter der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zwischenraum oder Spalt zwischen den Kontaktstücken zylindrisch und auf beiden Seiten durch die isolierenden Wände begrenzt ist, während ein Magnetfeld in diesem Zwischenraum erzeugt wird, das eine senkrechte zu den isolierenden Wänden verlaufende Komponente hat.

Bei dem elektrischen Schalter gemäß der Erfindung treibt das Magnetfeld, das senkrecht zu den isolierenden Wänden verläuft, den Bogen mit hoher Geschwindigkeit durch den Spalt oder Zwischenraum, so daß der Bogen mit seinen Fußpunkten ununterbrochen wandert und regelmäßig mit neuen Teilen der isolierenden Wände in Berührung kommt. Die Kühlung des Bogens ist daher sehr intensiv, während andererseits das Kontaktmaterial weniger erotiert als bei einem stationären Bogen.

Der Schalter gemäß der Erfindung hat ferner den Vorteil, daß die Bogenkammer vollständig geschlossen werden kann und daher keine äußeren Feuererscheinungen auftreten und keine leitfähigen Gase entweichen können. Es besteht daher auch keine Gefahr von Rahmenkurzschlüssen, der Abstand der stromführenden Leiter zu den geerdeten Teilen kann klein gehalten werden und bei

409849/0862

mehrphasigen Schaltern kann der Abstand zwischen den einzelnen Phasen klein gehalten werden, ohne daß die Gefahr von Phasenkurzschlüssen besteht. Da der Bogen keine stationären Fußpunkte bildet, verdampft auch nur wenig Elektroden- und Wandmaterial, so daß eine lange Lebensdauer des Schalters gewährleistet ist.

Da sich ferner der Bogen direkt in dem schmalen Spalt bildet, kann die Bogenspannung prinzipiell schneller ansteigen als bei anderen Schaltern und der vorliegende Schalter weist daher auch eine bessere Strombegrenzungswirkung auf.

Da die Massenträgheit der mechanischen Teile außerordentlich klein gehalten werden kann, sind hohe Trenngeschwindigkeiten möglich, was für strombegrenzende Schalter wünschenswert, wenn · nicht sogar wesentlich ist.

Der Schalter gemäß der Erfindung kann prinzipiell mit relativ kleinen Abmessungen realisiert werden.

Vorzugsweise ist der Schalter gemäß der Erfindung so ausgeführt, daß die Kontaktstücke oder -elemente die Form eines flachen Ringes bzw. einer flachen Scheibe haben und daß das scheibenförmige Kontaktstück innerhalb des ringförmigen Kontaktstückes angeordnet ist, während die beiden parallelen Wände aus Isoliermaterial auf beiden Seiten beider Kontaktstücke angeordnet sind und die Kontaktstücke zwischen sich einschließen, wodurch ein überwiegend axial gerichtetes Magnetfeld im Zwischenraum zwischen den beiden Kontaktstücken erzeugt wird.

Die Koriaktstücke haben vorzugsweise die Form einer runden Scheibe bzw. eines runden Ringes.

Zwischen den Kontaktstücken und mindestens einer isolierenden Wand können Auslaßöffnungen vorgesehen sein. Hierdurch wird der Gasdruck verringert, der sich vor dem schnell rotierenden Bogen im Zwischenraum aufbauen kann.

409849/0862

Das in erster Linie axial gerichtete Magnetfeld kann beispielsweise durch den den Schalter durchfließenden Strom erzeugt werden. Es ist jedoch auch möglich, dieses Magnetfeld mit Hilfe von Permanentmagneten zu erzeugen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform hat das innerste, scheibenförmige Kontaktstück eine Mittelöffnung, in die ein Zapfen eingepaßt ist, der exzentrisch auf einer Betätigungswelle montiert ist. Der Strom fließt dann durch den Zapfen und das Lager der Betätigungswelle zu dem scheibenförmigen Kontaktstück.

Es ist jedoch auch möglich, das scheibenförmige Kontaktstück in seiner Ebene längs einer geradlinigen Trajektorie zu bewegen. Ferner kann es sich bei der Bewegung des scheibenförmigen Kontaktstücks um eine Rotation um seine eigene Achse handeln.

Der Permanentmagnet für die Erzeugung des Magnetfeldes kann auch als Träger für das äußerste, ringförmige Kontaktstück oder als das äußerste ringförmige Kontaktstück selbst dienen. Der Zwischenraum zwischen den beiden Kontaktstücken kann mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt oder auch evakuiert sein.

Die Oberflächen der Kontaktstücke sind vorzugsweise mit einer dünnen Oxidschicht versehen.

Es ist auch möglich, die Kontaktstücke aus verschiedenen Materialien herzustellen.

Das ringförmige Kontaktstück kann aus mehreren Segmenten bestehen. Wenn der Schalter so ausgebildet ist, daß das Magnetfeld im Zwischenraum zwischen den Kontaktstticken einen Gradienten in der Radialrichtung hat, wird der Bogen gegen eine der isolierenden Wände gezogen und die Kühlung des Bogens wird dadurch verbessert.

409849/0862

Es ist schließlich möglich, kreisförmige Trennwände oder Unebenheiten an den isolierenden Wänden anzubringen, um den Bogen zu unterteilen und die aktive Oberfläche der Wände zu erhöhen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1a eine schematische Darstellung eines scheibenförmigen und eines ringförmigen Kontaktstücks in der Schließstellung ;

Fig. 1b eine entsprechende Ansicht dieser Kontaktstücke in der getrennten Stellung;

Fig. 1c einen Schnitt in einer Ebene 1c-1c in Fig. 1b;

Fig. 2 eine Fig. 1c entsprechende Schnittansicht eines Schalters mit einer Auslaßöffnung zwischen den Kontaktstücken und einer der isolierenden Wände;

Fig. 3 eine Fig. 1c und Fig. 2 entsprechende Schnittansicht mit einem Magnetfeld, das einen Gradienten in Radialrichtung hat;

Fig. 4a eine Draufsicht auf ein ringförmiges bzw. ein scheiben*- förmiges Kontaktstück, von denen das letztere durch einen exzentrischen Zapfen angetrieben wird;

Fig. 4b einen Schnitt in einer Ebene 4b-4b in Fig. 4a;

Fig. 5a eine Draufsicht auf ein ringförmiges und ein geradlinig bewegbares scheibenförmiges Kontaktstück eines Schalters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5b einen Schnitt in einer Ebene 5b-5b der Fig. 5a;

Fig. 6 eine Schnittansicht von Teilen eines Schalters gemäß der Erfindung mit Permanentmagneten zum Erzeugen eines Magnetfeldes in der Trennstrecke.

In Fig. 1 sind ein scheibenförmiges Kontaktstück 1 und ein ringförmiges Kontaktstück 2 in Draufsicht dargestellt. Die Kontakt-

409849/0862

stücke 1 und 2 befinden sich in der Schließstellung und berühren sich bei x. In Fig. 1b ist das scheibenförmige Kontaktstück 11 vom ringförmigen Kontaktstück 2 getrennt und die Kontaktstücke 1 und 2 befinden sich in der getrennten oder Öffnungsstellung. In Fig. 1c sind die beiden Kontaktstücke 1 und 2 mit auf ihren beiden Seiten angeordneten, sie einschließenden isolierenden Platten oder Wänden 3 und 4 gezeigt.

Unmittelbar nach der Trennung der Kontaktstücke 1 und 2 entsteht im Zwischenraum 5 zwischen diesen Kontaktstücken ein Lichtbogen 6, der im Zwischenraum 5 durch ein Magnetfeld H, dessen Feldlinien durch Pfeile angedeutet sind, in raschen Umlauf versetzt wird (siehe Fig. 1b und 1c).

Die Fußpunkte des Lichtbogens 6 bewegen sich daher rasch längs des inneren Randes des ringförmigen Kontaktstücks 2 bzw. des äußeren Randes des scheibenförmigen Kontaktstücks 1 und der Bogen 6 wird dadurch intensiv gekühlt, daß er mit großer Geschwindigkeit an den isolierenden Wänden 3 und 4 entlanggetrieben wird.

In Fig. 2 sind wieder die beiden Kontaktstücke 1 und 2 sowie die beiden isolierenden Wände 3 und 4 dargestellt; die rechte Wand 4 ist jedoch hier in einem gewissen Abstand von den beiden Kontaktstücken 1 und 2 angeordnet. Auf diese Weise wird eine Auslaßöffnung 7 gebildet, durch die sich der Druck des Gases unmittelbar vor dem rotierenden Lichtbogen 6 ausgleichen kann.

Fig. 3 zeigt ein Magnetfeld H, das einen Gradienten in Radialrichtung hat, so daß der Lichtbogen 6 stark zu der einen isolierenden Wand 3 gezogen wird und in engem Wärmekontakt mit dieser Wand kommt. Die Kühlung des Bogens wird dadurch verbessert, insbesondere bei größerem Abstand zwischen den Wänden.

Die isolierenden Wände 3 und 4 können auf den dem Zwischenraum 5 zwischen den Kontaktstücken zugewandten Seiten mit koaxialen

409849/0862

■kreisförmigen Trennwänden oder Nuten versehen sein, durch die der Lichtbogen 6 unterteilt und die Kühlung des Lichtbogens verbessert wird.

In Fig. 4a und 4b ist ein mechanischer Antrieb für das scheibenförmige Kontaktstück dargestellt. Das scheibenförmige Kontaktstück 1, das sich wieder innerhalb eines ringförmigen Kontaktstücks 2 befindet, ist auf einem Zapfen 8 montiert, der exzentrisch am Ende einer Betätigungswelle 9 angeordnet ist. In Fig. 4a und 4b sind die beiden Kontaktstücke in der Schließstellung dargestellt. Zur Trennung der Kontaktstücke 1 und 2 wird die Betätigungswelle 9 um einen Winkel 1-0 gedreht, wodurch das scheibenförmige Kontaktstück 1 in die gestrichelt dargestellte Stellung 1¹ gebracht wird. In der Schließstellung (Fig. 4b) fließt der Strom von einem Anschluß 10 zu einem Lager 11 für die Betätigungswelle 9, durch diese Betätigungswelle 9 zu dem an ihr angebrachten Zapfen 8 und über diesen zum scheibenförmigen inneren Kontaktstück 1 weiter zum ringförmigen äußeren Kontaktstück 2 und einem zweiten Anschluß 12. Die isolierenden Wände sind wieder bei 3 und 4 dargestellt.

In Fig. 5a und 5b ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der das scheibenförmige innere Kontaktstück 1 geradlinig bewegt werden kann. Hier hat das innere scheibenförmige Kontaktstück 1 die Form einer Spule und es sind zwei ringförmige äußere Kontaktstücke 2 und 2¹ vorgesehen. Auch die isolierenden Wände 3, 4 und 3', 4* sind doppelt vorhanden. Aus der in Fig» 5a und 5b dargestellten Schließstellung kann das scheiben- oder spulenförmige innere Kontaktstück 1 dadurch in die öffnungsstellung gebracht werden, daß man es mittels eines flachen Stabes 13 geradlinig verschiebt, wie in Fig. 5a durch den Doppelpfeil 1-0 dargestellt ist. Die Öffnungsstellung des scheibenförmigen, inneren Kontaktstückes ist bei 1' gestrichelt dargestellt.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel des vorliegenden Schalters,

409849/0 8 62

bei dem ein Magnetfeld H durch Permanentmagnete erzeugt wird. Auch dieser Schalter hat ein scheibenförmiges inneres Kontaktstück 1, das innerhalb eines ringförmigen äußeren Kontaktstückes 2 angeordnet ist, welches an einem Permanentmagneten 14 angebracht ist. Dieser ist mit ringförmigen Polschuhen 15, 16 versehen, die teilweise über die isolierenden Wände 3 und 4 greifen und im Zwischenraum 5 ein Magnetfeld H erzeugen, wie es durch die Pfeile in Fig. 6 dargestellt ist.

Der vorliegende Schalter braucht nicht notwendigerweise flache, scheibenförmige und ringförmige Kontaktstücke haben, er kann vielmehr auch z.B. mit zwei rohrförmigen Kontaktstücken ausgebildet sein, die stumpf gegeneinander gerichtet sind und deren stumpfe Verbindung bzw. Trennstrecke außen und innen durch zwei isolierende Gehäuse eingeschlossen ist.

409849/0862

Claims

O.

ANSPRÜCHE

1 )JElektrischer Schalter mit zwei Kontaktstücken, die mittels eines Betätigungsmechanismus miteinander in Berührung gebracht und voneinander getrennt werden können, und zwei aus Isoliermaterial bestehenden Wänden zum Kühlen eines Lichtbogens, der nach dem Trennen der Kontaktstücke im Zwischenraum zwischen diesen entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (5) zwischen den getrennten Kontaktstücken (1, 2) zylindrisch und auf beiden Seiten durch die Wände (3,4) begrenzt ist; und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, um im Zwischenraum, ein Magnetfeld (H) zu erzeugen, das eine senkrecht zu den isolierenden Wänden verlaufende Komponente hat.
2) Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstücke die Form eines flachen Ringes (2) bzw. einer flachen Scheibe (T) haben; daß das scheibenförmige Kontaktstück (1) innerhalb des ringförmigen Kontaktstückes (2) angeordnet ist; daß die beiden Wände aus Isoliermaterial (3,4) parallel zueinander auf beiden Seiten beider Kontaktstücke angeordnet sind und diese zwischen sich einschließen, wobei ein in erster Linie axial gerichtetes Magnetfeld (H) im Zwischenraum (5) zwischen den beiden Kontaktstücken (1,2) erzeugt wird.
3) Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstücke die Form einer runden Scheibe oder Kreisscheibe bzw. eines so runden Ringes oder Kreisringes haben.
4) Schalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch mindestens eine Auslaßöffnung (7) zwischen den Kontaktstücken (1,2) und mindestens einer der isolierenden Wände (4, Fig. 2).
5) Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld durch den Schalter durchfließenden Strom erzeugt wird.

409849/0862
6) Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Permanentmagnet (14) zum Erzeugen des Magnetfeldes (H) vorgesehen ist.
.7) Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung des inneren, scheibenförmigen Kontaktstücks ein exzentrischer Zapfen (8) vorgesehen ist.
8) Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzufuhr zum scheibenförmigen Kontaktstück (1) über den Zapfen (8) und ein Lager (11) für eine mit dem Zapfen verbundene Betätigungswelle (9) erfolgt.
9) Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Kontaktstück in seiner Ebene längs eines geradlinigen Weges beweglich ist.
10)Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Kontaktstück um seine eigene Achse drehbar ist.
11) Schalter nach Anspruch 6 oder 6 und einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet als Träger für das äußere, ringförmige Kontaktstück oder als dieses selbst dient.
12) Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstrecke, in der der Lichtbogen (6) entsteht, Luft oder ein anderes Gas enthält oder evakuiert ist.
13) Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Kontaktstücke mit einer dünnen Oxidschicht versehen ist.
14) Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstücke aus verschiedenen Werk-

409849/0862

stoffen bestehen.
15) Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Kontaktstück aus mehreren Segmenten besteht.
16) Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld im Zwischenraum zwischen den Kontaktstücken einen Gradienten in Radialrichtung hat (Fig. 3).
17) Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden Wände mit kreisförmigen Trennwänden, Unterteilungen oder Unebenheiten versehen sind, durch die der Bogen unterteilt und die aktive Oberfläche der Wände erhöht wird.

409849/0862