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Kontaktanordnung zum Schalten eines Stromkreises Die Erfindung bezieht
sich auf eine Kontaktanordnung zum Schalten eines Stromkreises mit zwei an ihren
äußeren Enden schwenkbar gelagerten Kontaktarmen, die einen Schenkel einer Stromschleife
bilden.
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Um einen Kurzschlußstrom in seiner Höhe zu begrenzen, ist es bei schnellschaltenden
Leistunhaltern, sogenannten Schnellschaltern, erforderlich, den Ausschaltvorgang
des Schalters auf wenige Millisekunden zu begrenzen. Es sind Schnellschalter bekannt,
bei denen die Stromzuführungen zu den Kontakten eine Leiterschleife bilden, die
aus einem starren und einem ihm gegenüber angeordneten beweglichen Schleifenzweig
besteht, der durch die elektrodynamischen Kräfte beim Auftreten eines Kurzschlusses
geöffnet wird. Der starre Schleifenzweig ist als fester und der andere Schleifenzweig
als beweglicher Kontaktarm ausgebildet. Um zu vermeiden, daß bei einem bestimmten
Überstrom sich Abhebe- und Kontaktandruckkraft das Gleichgewicht halten und während
dieses Zustandes die Kontakt stücke verschweißen, sind zusätzliche aufeinander abgestimmte
Sperr-und Auslösemechanismen erforderlich. Der Schalteraufbau ist deshalb verhältnismäßig
kompliziert.
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In einer besonderen Ausführungsform eines Schnellschalters mit einer
Leiterschleife, bei welcher ein Schenkel von den Kontaktarmen gebildet wird, kann
der bewegliche Schleifenzweig aus Kontaktarmen bestehen, die an ihren inneren, einander
gegenüberliegenden Enden jeweils mit einem Kontaktstück versehen sind und deren
freie Enden jeweils mit einer Geradführung versehen sind, auf die eine Druckfeder
wirkt. Die in Richtung zur
Geradführung liegende Kraftkomponente
erzeugt die Kontaktkraft, während die senkrecht zur Kontaktkraft liegende Kraftkomponente
nach Uberschreiten der Totpunktlage die Kontakt öffnung unterstützt. Die beiden
Kontaktarme sind mit zusätzlichen Federn versehen, deren Kräfte derart wirken, daß
ihr Moment dem durch die Druckfedern an den Kontaktarmen ausgeübten Moment entgegengerichtet
ist (DAS 1 125 057).
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In der bekannten Anordnung hebt beim Auftreten eines uberstromes die
in der Leiterschleife wirkende elektrodynamische Kraft die beiden Kontaktarme aus
ihrer Ruhelage und läßt sie eine nach Art eines Kniehebels gebildete Totpunktlage
überwinden.
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Die Kontaktarme werden dann durch die zusätzlichen Federkräfte jeweils
bis zu einem entsprechenden Anschlag ausgeschwenkt.
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Die Löschwirkung der Kontaktanordnung kann zusätzlich in bekannter
Weise durch Löschbleche verbessert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung dadurch
zu verbessern, daß die elektrodynamischen Antriebskräfte auf die Kontaktarme und
zugleich die magnetische Kraftwirkung auf den Lichtbogen erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stromzuführungen
zu den beiden Kontakt armen derart parallel zueinander und symmetrisch zu den Kontaktarmen
geführt sind, daß der Strom in den Zuführungen die gleiche Richtung hat. Die Stromzuführung
zu einem der Kontaktarme bildet somit den zweiten Schenkel der U-förmigen Stromschleife
und die Stromzuführung zu dem anderen Kontakt ist parallel zum zweiten Schenkel
und vorzugsweise unmittelbar neben diesem Schenkel geführt, so daß insgesamt eine
O-Schleife entsteht. Das gemeinsame Magnetfeld der beiden Stromanschlußleiter erhöht
die magnetische Antriebskraft auf den Lichtbogen etwa um den doppelten Betrag und
verbessert somit entsprechend die Löschwirkung der Kontaktanordnung auf den Lichtbogen.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktanordnung
nach
der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.
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In der Figur sind zwei nach Art eines Kniehebelgelenks angeordnete
Kontaktarme mit 2 bzw. 4 bezeichnet, deren freie Enden jeweils mit einer Kontaktauflage
6 bzw. 8 versehen sind und eine Unterbrechungsstelle der Kontaktanordnung bilden.
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Das andere Ende der Kontaktarme 2 und 4 ist jeweils um einen Drehpunkt
10 bzw. 12 schwenkbar gelagert. Von diesen als Lager ausgebildeten Drehpunkten wird
zweckmäßig wenigstens einer in bekannter Weise federnd gelagert sein. Die Federung
ist in der Figur als Spiralfeder 14 für das Lager 12 angedeutet. Die Kontaktarme
sind in einer Lichtbogenlöschkammer 16 angeordnet, die mit Lichtbogenlaufschienen
18 bzw. 20 sowie mit Löschblechen 26 versehen ist.
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Die Kontaktarme 2 und 4 sind jeweils über eine elektrische Leitungsverbindung,
die in der Figur als flexible Leiter 37 bzw. 39 angedeutet sind, mit einer der Stromzuführungen
22 und 24 verbunden. Diese beiden Stromzuführungen 22 und 24 sind derart parallel
zueinander und symmetrisch zu der in der Figur nicht näher bezeichneten Unterbrechungsstelle
geführt, daß der Strom I in ihnen die gleiche Richtung hat. Die beiden Stromzuführungen
22 und 24 sind vorzugsweise unittelbar parallel nebeneinander angeordnet und können
von den Kontaktarmen 2 und 4 zweckmäßig durch einen Isolierstoffkörper 28 getrennt
sein. Die Lorentz-Kraft des gemeinsamen Magnetfeldes der beiden Stromzuführungen
22 und 24 ist an der Unterbrechungsstelle der Kontaktarme 2 und 4 so gerichtet,
daß sie die Antriebskraft auf einen mit der Öffnung der Kontaktarme 2 und 4 entstehenden
Lichtbogen 30 in Richtung auf die Löschbleche 26 erhöht und damit die Löschwirkung
der Kontaktanordnung entsprechend verbessert.
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Die Schwenkung der Kontaktarme 2 und 4 um ihre Drehpunkte 10 bzw.
12 in der durch Pfeile 32 bzw. 34 angedeuteten Richtung wird im Falle eines unzulässigen,
jedoch verhältnismäßig geringen Uberstromes beispielsweise durch einen Uberstromauslöser
mit
Hilfe der Mechanik eines Schaltschlosses eingeleitet bis der Totpunkt der Kontaktarme
2 und 4 überwunden ist.
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Im Kurzschlußfall wird die Öffnung der Kontaktarme 2 und 4 allein
durch die elektrodynamischen Kräfte des Stromes I eingeleitet. In diesem Fall sind
die in der Figur durch Spiralfedern 36 bzw. 38 angedeuteten Federkräfte zwar für
die Schwenkbewegung der Kontaktarme 2 und 4 nicht erforderlich. Sie können aber
zum Festhalten der Kontaktarme in deren Endstellungen dienen.
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In dieser in Abhängigkeit von der Größe des Stromes I selbstöffnenden
Kontaktanordnung überwinden die ab stoßenden Magnetkräfte in den beiden Kontaktarmen
2 und 4 einerseits sowie den Stromzuführungen 22 und 24 andererseits den Totpunkt
des Kniegelenks, womit die Öffnung der Unterbrechungsstelle eingeleitet und der
Lichtbogen 30 gebildet wird. Durch die Wirkung der Federkräfte 36 und 38 werden
anschließend die beiden Kontaktarme 2 und 4 jeweils zu den Laufschienen 18 bzw.
20 ausgeschwenkt, wie in der Figur jeweils durch eine nicht näher bezeichnete, gestrichelte
Linie angedeutet ist und der Lichtbogen 30 entsprechend verlängert. Unter der Wirkung
der Antriebskraft des gemeinsamen Magnetfelds der Stromzuführungen 22 und 24 wird
er gegen die Stirnkanten der Löschbleche 26 und zwischen die Löschbleche getrieben.
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Eine zusätzliche Erhöhung des gemeinsamen magnetischen Feldes der
beiden Stromzuführungen 22 und 24 erhöht man nach Fig. 2 durch die Anordnung eines
Feldkonzentrators 46 aus ferromagnetischem Material. Ein solcher Konzentrator kann
beispielsweise etwa U-förmig gestaltet sein. Seine beiden freien Schenkel 47 und
48 sind dann beiderseits neben der Unterbrechungsstelle zwischen den Enden 6 und
8 der Kontaktarme 2 und 4 angeordnet, von denen in der Figur nur das Ende 6 sichtbar
ist, das in Richtung des Pfeiles 42 in den Löschraum 16 ausgeschwenkt werden kann.
Die Schenkel 47 und 48 umschließen mit einem sie verbindenden Steg 49 zugleich die
beiden Stromzuführungen 22 und 24. Mit diesem Konzentrator 46 wird der magnetische
Fluß
der Stromzuführungen 22 und 24, dessen Verlauf in der Figur
durch Pfeile angedeutet ist, an der Kontaktstelle und im Löschraum 16 konzentriert.
Der Lichtbogen 30 wird somit wahrend seiner Bewegung gegen die Stirnkanten der Löschbleche
26 entsprechend bescheleunigt.
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Die Anordnung der Löschbleche 26 in der Löschkammer 16 ist zwar besonders
vorteilhaft, jedoch für die Wirkung der Kontaktanordnung nach der Erfindung nicht
notwendig.
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Ein besonderer Vorteil der Begrenzung der Löschkammer 16 zwischen
den freien Enden 6 und 8 der Kontaktarme 2 und 4 und deren Stromzuführungen 22 und
24 durch den Isolierstoffkörper 28 besteht darin, daß die Bewegung des Lichtbogens
30 in Richtung auf die Löschbleche 26 unmittelbar nach seiner Entstehung durch Reflexion
der durch den Lichtbogen 30 selbst gebildeten Druckwelle an dem Isolierstoffkörper
28 unterstützt wird. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Löschkammer
16 besteht darin, daß wenigstens die Teile des Isolierstoffkörpers 28, die sich
in unmittelbarer Nähe der Unterbrechungsstelle befinden, aus bei höherer Temperatur
gasabgebendem Material bestehen. Dieses durch den Lichtbogen selbst aus dem Isolierstoffkörper
28 gelöste Gas unterstützt ebenfalls durch seine Druckwelle die Bewegung des Lichtbogens
30.
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Die freien Enden der Kontaktarme 2 und 4 können vorzugsweise mit in
der Figur nicht dargestellten, hörnerartigen Ansätzen versehen sein, die während
des Öffnungsvorganges, d. h. während der Schwenkung der Kontaktarme 2 und 4 als
Lichtbogenlaufschiene dienen und zu denen somit jeweils einer der Lichtbogenf ußpunkte
wandern kann. Mit diesen Ansätzen wird deshalb der Kontaktabbrand an den Kontaktstellen
der Kontakt arme entsprechend begrenzt.
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5 Patentansprüche 2 Figuren