DE2648615A1 - Staub- und gasdicht gekapselter elektrischer schalter - Google Patents

Staub- und gasdicht gekapselter elektrischer schalter

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/64Protective enclosures, baffle plates, or screens for contacts

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Description

  • "Staub- und gasdicht gekapsel-ter elektrischer Schalter"' Die Erfindung bezieht sich auf einen staub- und gasdicht gekapselten elektrischen Schalter mit einer von Isolierstoffwandungen umgebenen und zunächst mit atmosphärischer Luft angefüllten Schaltkammer.
  • Bei bestimmten Anwendungsfällen dient die Kapselung dazu, das Eindringen von Staub und Feuchtigkeit in die Schaltkmer zu verhindern. Sowohl Staubpartikel als auch Feuchtigkeit vermögen bei elektrischen Schaltern das Kontaktt.rerhalten sehr schnell zu verschlechtern und dementsprechend unerwünschte Kontakt- und Schaltschwierigkeiten auszulösen.
  • Darüber hinaus bieten staub- und gasdicht gekapselte Schalter aber auch noch zahlreiche weitere Vorteile, nämlich ihre Einsatzmöglichkeit in explosionsgefährdeten Räumen, in Gruben, Gaswerken, ggf. in Anlagen, die in Flüssigkeiten arbeiten oder in aggressiven Gasatmosphären. Ihre Anwendung empfiehlt sich darüber hinaus auch in empfindlichen Steuer-, Regel- und Meßanlagen, um zu verhindern, daß ein Kon-taktabrieb oder ähnliche unerwünschte Erscheinungen die genannten Anlagen beeinträchtigen.
  • Nachteilig wirkt sich bei dicht gekapselten Schaltgeräten die Bildung von Nitraten aus. Sie entstehen in der Schaltkammer durch thermische, lichtbogenbedingte Zersetzung der Luft, bilden sich über die Salpetersäure aus Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf und Metallen und kristallisieren unter anderem auf den Kontaktoberflächen aus. Das führt zu sehr nerwünschten Erhöhungen der Kontaktwiderstände und außerdem unter Umständen zu unerwünschten anderen Nebenwirkungen wie beispielsweise Kriechströmen, elektrolytischen Zersetzungen und dergleichen.
  • Außerdem oxidiert der Sauerstoff der Luft zusätzlich den Kontaktwerkstoff und die hierbei entstehenden Metalloxide weisen hohe Ubergangswiderstandswerte auf, die das Kontaktverhalten weiter verschlechtern.
  • Zusätzliche Fremdschichten bilden sich auf den Kontaktoberflächen aus flüchtigen oder thermisch freigesetzten Isolierstoffbestandteilen.
  • Um diese geschilderten Schwierigkeiten zu vermeiden, sieht man für bestimmte Bedarfsfälle vor, die Schaltkammern mit geeigneten Schutzgasen anzufüllen. Das Einfüllen von Schutzgas ist allerdings mit einem hohen Aufwand verbunden, der für zahlreiche Typen von Schaltern nicht gerechtfertigt ist.
  • Eine weitere Erhöhung des Aufwandes wird dadurch verursacht, daß die Innenwandungen schutz gas gefüllt er Schalter je nach dem verwendeten Schutzgas bestimmten Anforderungen genügen müssen, also beispielsweise aus speziellem keramischen Material bzw. Glas oder aus Metallen bestehen müssen. Es kommt außerdem hinzu, daß bei derartigen schutzgasgefüllten Schaltern an die Abdichtungen besondere Anforderungen gestellt werden müssen und dennoch die Gefahr nicht auszuschließen ist, daß sich im Laufe einer längeren Zeitspanne das Schutz gas verflüchtigt und stattdessen atmosphärische Luft in das Schaltkammerinnere eindringt. Deshalb ist bei aufwendigen Schaltanlagen höherer Strombereiche, deren Inneres mit Schuts gas angefüllt ist, vorgesehen, das Schaltkammerinnere ständig oder periodisch mit Schutzgas nachzufüllen, beispielsweise das Schaltkammerinnere mit Schutzgas enthaltenden Vorratsbehältern zu verbinden. Derartige Maßnahmen rechtfertigen sich nur bei kostspieligen Anlagen und Schaltgeräten bzw. Schalteinrichtungen, an die besonders hohe Anforderungen zu stellen sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für elektrische Schalter, deren Verwendungszweck keinen übermäßigen Aufwand rechtfertigt, die eingangs geschilderten Nachteile, unter anderem die Nitrat- und Oxidbildung, wenigstens weitgehend z verhindern, obere die Vorteile einer Abdichtung gegen Staub, Feuchtigkeit, explosive Luft-Gas-Gemische uiid Schlag wetter zu mindern.
  • Erfindungsgemäß ist dieses Ziel dadurch erreichbar, daß wenigstens ein Teil der die- Schaltkammer umgebenden Isolierstoffwandungen oder ein in der Schaltkammer angeordnetes (aktives) Teil eine Materialzusammensetzung aufweist, die eine für die dauerhafte Erhaltung der elektrischen Leitfähigkeit der Oberfläche von Kontaktstücken geei.gnete Kammeratmosphäre innerhalb der Schaltkammer erzeugt.
  • Eine Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens sieht zur Erzeugung einer geeigneten Kammeratmosphäre vor, daß wenigstens ein Teil der Isolierstoffwandungen oder ein in der Schaltkammer angeordnetes (aktives) Teil eine Materialzusammensetzung aufweist, die den Gehalt an freiem Sauerstoff innerhalb der Schaltkammeratmosphäre vermindert oder gar völlig bindet. Werden nämlich die freien Sauerstoffanteile der Luft vermindert oder gebunden bzw. die Oxide reduziert, so wird auch die Nitratbildung und die Bildung von Oxidschichten auf den Oberflächen der Schaltkontakte unmöglich, was letztlich zur Verlängerung der Lebensdauer und zur Erhöhung der Zuverlässigkeit eines Schalters führt. In diesem Zusammenhang seien Messungen an Versuchsschaltern erwähnt, die ergeben haben, daß der 02Gehalt in erfindungsgemäß augestalteten Schaltkammern tatsächlich bis auf praktisch 0% absinken kann.
  • Einer speziellen Ausgestaltung dieses Gedankens zufolge-ard beispielsweise vorgeschlagen, für Wandungsteile der Isolierstoffwandung bzw. ein in der Schaltkammer angeordnetes Teil eine derartige Materialwahl zu treffen, daß die Stoffe, die den Sauerstoff der in der Schaltkammer vorhandenen atmosphärischen Luft chemisch binden bzw. eine reduzierende Wirktuzg haben, infolge von Lichtbogeneinwirkung frei werden. Dieses kann beispielsweise dann erreicht werden, wenn das besagte, in der Schaltkammer angeordnete (aktive) Teil bzw. wenigstens ein Teil der Isolierstoffwandungen aus kohlenstoffhaltigem, organischem Material besteht, so daß infolge von Lichtbogeneinwirkung durch Pyrolyse Kohlenstoffanteile, Kohlenwasserstoffe oder Gase frei werden, die mit dem Sauerstoff der in der Schaltkammer vorhandenen atmosphärischen Luft beispielsweise zu Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioid (cm2) umgewandelt werden. Bei diesen Vorgängen kann beispielsweise zunächst Formaldehyd (CH20) durch die Lichtbogeneinwirkung entstehen, welches dann zu C 0 und C 02 weiter zerfällt. Aber auch frei gesetztes Methan vermag Sauerstoff zu binden, was sich formelmäßig wie folgt ausdrücken läßt: Eine besonders vorteilhafte Erscheinung bei diesen Vorgängen sei genannt, nämlich die, daß reduzierendes CO, aber auch Kohlenwasserstoffe, auf den Kontaktstücken befindliche Oxidschichten abzubauen vermögen.
  • Eine andere Ausbildung des Erfindungsgedankens ist darin zu sehen, wenigstens einem Teil der Isolierstoffwandungen oder einem in der Schaltkammer angeordneten (aktiven) Teil eine Materialzusammensetzung zu geben, die den Gehalt an Wasser bzw. Wasserdampf der Atmosphäre innerhalb der Schaltkammer vermindert. Auch die weitgehende Beseitigung des Feuchtigkeitsgehaltes der Luft vermag eine Verbesserung des Kontaktverhaltens und der Schaltzuverlässigkeit herbeizuführen und somit auch wiederum eine Verlängerung der Lebensdauer des Schalters.
  • Ein zweckmäßiger Gestaltungagedanke ist darin zu sehen, wenigstens einen Teil der SchaltR.amserwandungenyder Schaltglieder oder das besagte, in der Schaltkammer angeordnete aktive Teil aus einem Material herzustellen, dessen Zusammensetzung eine größere Affinität gegenüber dem Sauerstoff und/oder gegenüber dem Wasser bzw. Wasserdampf der atmosphärischen Luft in ttrr Schaltkammer aufweist als die iibrigen Wandungsteile und auch andere Teile innerhalb der Schaltkammer, insbesondere als die der Kontaktgabe und der Strom führung dienenden Teile. Mit anderen Worten: Es wird angeregt, auch die Materialwahl für die anderen Teile, seien es Wandungsteile, Schaltglieder oder Kontaktstücke und Stromführungsteile, einer kritischen Betrachtung hinsichtlich ihres chemischen Verhaltens zu unterziehen, um den Effekt des Erfindungsgedankens einwandfrei erzielen zu können.
  • Eine besonders interessante Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist in dem Vorschlag zu sehen, daß in der Schaltkammer nach Art eine "Opferanode" ein aktives Materialteil angeordnet wird, dessen Zusammensetzung sich reaktionsfreudiger gegenüber dem Sauerstoff der atmosphärischen Luft in der Schaltkammer und/oder gegenüber in dieser Atmosphäre vorhandenem Wasser bzw. Wasserdampf verhält als die Wandungsteile der Schaltkammer bzw. weitere in der Schaltkammer vorhandene Teile, und dessen Vorhandensein in der Schaltkammer ausschließlich diesem Zweck dient. Eine Weiterverfolgung dieses Gedankens sieht vor, das in der Schaltkammer nach Art einer Opferanode wirkende aktive Materialteil bei chemisch angegriffenem Zustand gegen ein gleiches anderes aktives Teil auszuwechseln, was zweckmäßigerweise durch entsprechende konstruktive Maßnahmen möglichst mühelos zu bewerkstelligen sein sollte.
  • Als Material für Schaltkammerwandungen bzw. einen Teil von Schaltkammerwandungen oder für ein in der Schaltkammer angeordnetes aktives Teil wird beispielsweise Polyoxymethylen (gehört zur Familie der Polyacetale, wird abgekürzt auch als -POM bezeichnet und ist erhältlich unter anderem unter den - geschützten - Handelsnamen Hostaform, Ultraform oder De vorgeschlagen. Materialien dieser chemischen Zusammensetzung weisen die erwünschte Reaktionsfreudigkeit auf und vermögen den Effekt der Sauerstoffbindung zu erzielen. Sie besitzen gleichzeitig ein hervorragendes Oberflächenverhalten gegen über Schaltlichtbögen. Außer dem beispielsweise genannten Polyoxymethylen eignen sich übrigens im Prinzip auch andere Thermoplaste (PE, PA usw.) für die geschilderten Zwecke.
  • Es wird innerhalb der Schaltkammern derartiger elektrischer Schalter also letzten Endes gezielt eine Isolierstoffvergasung angestrebt und durchgeführt, und deshalb liegt es auch im Rahmen der Erfindung, Maßnahmen vorzusehen, um dem entstehenden Gasdruck infolge der chemischen Umwandlungsprozesse zu begegnen. Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge wird darum vorgeschlagen, zur Beseitigung des durch die chemischen Umwandlungsprozesse entstehenden und über ein zulässiges Ausmaß hinausgehenden Gasdruckes ein an der Schaltkammer angeordnetes Überdruckventil vorzusehen.
  • Eine derartige Ventilstelle bietet den Vorteil, daß die vorhandenen Abdichtungen geschont und vor einer unerwünschten Zerstörung, womöglich an einer unvorhersehbaren Stelle, gefichützt werden.
  • Als einfach und hinreichend erweist sich ein Uberdruckventil in Form einer Kappe aus gummielastischem Material, die auf einer rohrstutzenartigen Ausformung des Schaltkammergehäuses, die übrigens gleichzeitigI3eLätigungselemente des Schalters führen kann, aufsitzt. Statt dessen kann eine Überdruckventil-Funkti on aber auch erreicht werden, wenn man einen Schlauchabschnitt aus gunmielastischem Material verwendet, der auf einer mit einer Radialbohrung und einer in das Schal tkamm erinnere weiterführenden Axialbohrung versehenen Ausformung auf sitzt und nach dem Prinzip des einfachen Fahrradventils arbeitet.
  • Anhand der figürlichen Darstellung zweier Ausführungsbeispiele und der nachfolgenden Beschreibung hierzu, sollen der Erfindungsgegenstand und einige Ausgestaltungsmöglichkeiten erläutert werden.
  • Es zeigen: Fig. 1 in schematisierter Darstellung einen staub- und gasdicht gekapselten Hilfsstromschalter mit einem Überdruckventil , Fig. 2 einen staub- und gasdicht gekapselten, elektromagnetisch betätigbaren elektrischen Schalter mit einem Uberdruckventil, ebenfalls in schematisierter Darstellung und Fig. 3 auszugsweise eine Abwandlung des in Fig. 1 dargestellten Hilfsstromschalters.
  • Der in der F i g u r 1 gezeigte Hilfsstromschalter besteht im wesentlichen aus einem oberen Gehäuseteil 11, einem unteren Gehäuseteil 12 und aus einer Abdeckplatte 13, ferner aus einem Dichtring 14 zwischen dem oberen Gehäuseteil 11 und dem unteren Gehäuseteil 12, sowie einer einen Betätigungsstößel 15 aufnehmenden Membran 16. Das obere Gehäuseteil 11 weist an seiner in der Figur nach oben gerichteten Wandung eine rohrstutzenartige Ausformung 17 mit einer Öffnung 18 auf, über die eine Kappe 19 aus gummielastischem Material gestülpt und mittels einem Federbügel 20 gehalten ist. Dieser Federbügel 20 dient der Halterung der Kappe 19 und hat die Gestalt eines offenen Ringes, der die Randung der Kappe 19 nur teilweise umgreift. In der in der Figur nach rechts weisenden Wandungsseite des oberen Gehäuseteiles 11 ist eine weitere Öffnung 21 angebracht, durch die ein Kontaktbügel 22 geführt ist. Diese Öffnung 21 is-t nach Durchführung des Kontaktbügels 22 druckdicht mittels einer Vergußmasse verschlosen oder bereits beim Spritzgießen als Einheit erstellt worden. Ein gleicher Kontaktbügel 23 ist durch eine Öffnung 24 im unteren Gehäuseteil 12 geführt, und auch diese Öffnung 2(1 ist mittels einer Vergußmasse ausgefüllt bzw. als Einheit gespritzt worden, so daß der Kontaktbügel 23 gehalten und die Öffnung 24 gleichzeitig druckdicht geschlossen ist.
  • Die Membran 16 bildet gleichzeitig die Abdichtung zwischen dem unteren Gehäuseteil 12 und dem Dichtring 14 und auch hier ist eine gesonder-te Maßnahme zur Abdichtung der Berühningsstelle von Membran und Betätigungsstößel 15 in Form eines Klemmringes 25 vorgesehen. Schließlich sei erwähnt, daß die zur Abdichtung des Schalterinneen erforderliche Zusammenpressung von oberem Gehäuseteil 11, unterem Gehäuseteil 12 und Dichtring 14 mittels zweier Spannbügel 26 und 27 erfolgt.
  • Nach erfolgter Montage des dargestellten Hilfsstromschalters ist das Schalterinnere, also eine von den Gehäuseteilen 11 und 12 und der Membran 16 gebildete Schaltkammer 28, mit atmosphärischer Luft angefüllt, steht aber mit der Umgebungsatmosphäre nicht mehr in Verbindung. Bei Anschluß an eine Stromquelle und nachfolgender InbetrIebnahme des Hilfsstromschalters, was durch Eindrücken des Betätigungsstößels 15in Richtung des gezeichneten Pfeiles A geschieht, werden die Kontakte an den in die Schaltkammer 28 ragenden Enden der Kontaktbügel 22 und 23 miteinander i.n Berührung gebracht und somit ein Kontaktschluß hergestellt. Hierbei. weit mehr aber bei einer daran anschließenden Kontakttrennung, bildet sich zwischen den genannten Kontakten ein kurzzeitiger Lichtbogen, der die Atmosphäre in der Schaltkammer 28 beeinflußt, d.h.
  • die Schaltkammerwandungen mit zunehmender Anzahl von auf getretenen Lichtbögen zersetzt. Um, wie eingangs der Beschreibung bereits ausgeführt, die Bildung von Nitraten bzw. Oxiden und deren nachteilige Folgeerscheinungen zu vermeiden, sind die Gehäuseteile 11 und 12 aus Polyoxymethylen hergestellt, einem Material, welches von den auftretenden Lichtbögen zwar auch in einem gewissen Ausmaß angegriffen wird, hierbei aber Kohlenstoff und Kohlenwasserstoffe - und zwar, was sehr wichtig ist: ohne nennenswerte Rußbildung - freigibt, welche mit dem Sauerstoff der Luft beispielsweise zu Kohlenmonoxid und Kohlendioxid umgewandelt werden. Auf diese Weise bildet sich mit zunehmender Schalterbetätigung eine Art Schutzgas, das übrigens zusätzlich reduzierende Wirkung haben kann, im Inneren der Schaltkammer 28, wobei allerdings auch ein gewisser Gasdruck entsteht. Um diesen ans-teigenden Gasdruck nicht über ein zulässiges Maß ansteigen zu lassen, ist ein Überdruckventil vorgesehen, nämlich die bereits erwähnte Kappe 19 auf der rohrstutzenartigen Ausformung 17. Bei ansteigendem Druck wird sich das Innere der Kappe 19 zunächst aufblähen, um dann in demjenigen Bereich, in dem der Federbügel 20 die Randung der Kappe 1 nicht umgreift, eine gewisse Gasmenge aus zustoßen.
  • Bet einem Hilfsstromschalter dieser Bauart l.nt die Gefahr, stellen daa die Kontakt/ durch Nitrate, Oxide, außerhjlb des Schalters auftretende aggressive Gase oder andere Verunreinigungen beeinträchtigt werden, weitgehend gebannt, so daß Lebensdauererwertung und Zuverlässigkeit weitaus höher angesetzt werdes können als bei vergleichbaren herkömmlichen Schaltern und sonst gleichen Betriebsbedingungen.
  • Be--zrkt sei an dieser Stelle,daßesdurchaus möglich und bei Verhandensein entsprechender Vorrichtungen gar als besonder elegante Lösung anzusehen ist, beispielsweise auf den Dichtring 14 zu verzichten und die beiden Gehäuseteile 11 und 12 mit Hilfe des Reibschweißverfahrens gasdlcht zu verbinden.
  • P0M-Materialien eignen sich für solche Verfehren nämlich ga-z hervorragend. Solche Maßnahmen sind letzten Endes nicht nur preiswert und hinsichtlich der Abdichtur.-£ besonders zuverässig, sie ersparen auch das DichtmateriaL und die Mittel zum Zusammenhalt der Gehäuseteile, also Schrauben, Spannbügel el usw.
  • F i g u r 2 zeigt einen elektromagnetisch betätigbaren elektr-~chen Schalter, dessen Schaltrauminneres T,enfalls staubun gasdicht gegen die Umgebungsatmosphäre abgedichtet ist.
  • Auch hier setzt sich das Gehäuse aus einem oberen Gehäusete-l 29 und einem unteren Gehäuseteil 30 zusammen, zwischen denen ein Dichtring 31 angeordnet ist.
  • Mittels Schrauben, sichtbar sind die Zylinderkopfschrauben 32 un< 33, werden die genannten Gehäuseteile 29 und 30 gegeneinan-=r verspannt, so daß, wenn auch alle anderen noch zu besc..-eibenden Öffnungen abgedichtet sind, eine gasdichte Kapselung des Schalterinneren gewährleistet istt Auch hier weist das obere Gehäuseteil 29 eine rohrstutzenartLge Ausformung 34 mit einer - nicht durchgehenden - Axialbohrung 35 und einer hiervon abgehenden Radialbohrung 36 auf; auf dieser rohrstutzenartigen Ausformung 34 ist ein Schlauchabschnitt 37 aufgezogen und mit einem Federring 38 in seiner Lage gesichert. Durch seitliche Öffnungen 39 und 40 im oberen Gehäuseteil 29 ragen - spiegelbildlicn zueinander angeordnete -Kontaktbügel 41 und 42, deren Halterung auch hier durch eine Vergußmasse erfolgt, die gleichzeitig die genannten Öffnungen 39 und 40 druckdicht ausfüllt. Wie bereits zum Hilfsstromschalter gemäß Fig. 1 ausgeführt, ist es auch hier möglich, die Kontaktbügel 41 und 42 unmittelbar mit dmsuspritzen, so daß das nachträgliche Vergießen entfallen kann.
  • Die angedeuteten Kontaktstücke an den Kontaktbügeln 41 und 42 sind mittels einer Kontaktbrücke 43, die über eine Zugstange 44 mit einem Magnetanker 45 verbunden ist, elektrisch leitend miteinander verbindbar. Die Betätigung der Kontaktbrücke 43 erfolgt mittels eines Elektromagleten, der sich aus dem bereits erwähnten Magnetanker 45, einem Spulenkörper 46 und einer darauf angeordneten Wicklung 47 zusammensetzt. Druckfedern 48 und 49, die zwischen dem Spulenkörper 46 und einer am Magnetanker 45 befestigten Federplatte 50 angeordnet sind, halten in nicht erregtem Zustand des Elektromagneten die Kontaktbrücke 43 in der dargestellten Öffnungslage und bringen sie nach jeder Erregungsphase des Elektromagneten auch wieder in diese Lage zurück. Die Verbindung der Wicklung 47 mit einer (nicht dargestellten) Steuer stromquelle erfolgt über Anschlußlitzen 51 und 52, die durch - ebenfalls druckdicht vergossene - Öffnungen 53 und 54 im unteren Ge--häuseteil 30 geführt sind. Eine Prallplatte 55 dient der Dämpfung des Aufpralles des Magnetankers 45 bei dessen Eintauchen in den Spulenkörper 46.
  • Bisher unerwähnt geblieben ist eine Schaltraumauskleidung 56, die eine topfartige Gestalt hat, mit Ausfräsungen 57 und 58 zur Durchführung der Kontaktbügel 41 und 42 versehen ist und eine Öffnung 59 zur Durchführung der Zugstange 44 enthält.
  • Diese Schaltraumauskleidung 56 erfüllt im vorliegenden Fall mehrere Aufgaben, sie teilt nämlich das Schalterinnere in eine Schaltkammer 60 und eine Magnetkammer 61 auf, verhindert sö weitgehend eine Beeinträchtigung des Elektromagneten durch die auftretenden Lichtbögen zwischen den Kontakten der Kontaktbügel 41 und 42 und der Kontalc-tbrücke 43, sie dient weiterhin der Begrenzung des Magnetankerhubes im unerregten Zustand des Elektromagneten und schließlich dient si.e als eine Art Opferanode zur Isolierstoffvergasung mit sauerstoffbindender und/oder reduzierender Wirkung. Im Gegensatz zum Hilfsstromschalter gemäß der Fig. 1, bei dem die Gehäuseteile 11 und 12 aus Polyoxymethylen gefertigt sind, sind bei diesem Schalter die Gehäuseteile 29 und 30 aus einem beliebigen Isoliermaterial hergestellt und lediglich die Schaltraumauskleidung 56 besteht aus Polyoxyxlethylen., dessen reaktionsfreudiges und wenig rußendes Verhalten beim wiederholten Auftreten von Lichtbögen bereits erwähnt worden ist.
  • Die Funktionsweise dieses Schalters ist schon angedeutet worden: Wird die Wicklung 47 durch Stromzufuhr erregt, so taucht der Magnetanker 45 in den Spulenkörper 46 ein, nimmt hierbei über die Zustange 44 die Kontaktbrücke 43 mit und überbrückt elektrisch leitend die Kontakte der Kontaktbügel 41 und 42. Hierbei, insbesondere aber beim Zurückfallen des Magnetankers 45 in seine gezeichnete Ruhelage, wobei auch die Kontaktbrücke 43 wieder in die dargestellte Lage geführtlrird, treten Lichtbögen auf, die zu einer Zersetzung der Schaltraumauskleidung 56 führen. Der hierbei freiwerdende Kohlenstoff get - wie bereits geschildert - mit dem Sauerstoff der Luft eine Verbindung ein und es bildet sich nach wiederholten Schaltvorgängen eine Schutzgasatmosphäre im Schalterinneren. Ein hierbei entstehender Uberdruck kann, wenn er ein vorbestimmtes Maß überschreitet, über das vom Schlauchabschnitt 37 und der rohrstutzenartigen Ausformung 34 gebildete Überdruckventil beseitigt werden. Ist nach einer großen Anzahl von Schaltungen das Material der Schaltraumauskleidung 56 durch die auftretende Isolierstoffvergasung so weit angegriffen, daß die Aufrechterhaltung einer geeigneten Kammeratrnosphäre nicht mehr gewährleistet erscheint, so kann diese gegen eine neue Schaltraumauskleidung 56 ausgetausclzt werden, was erheblich wirtschaftlicher ist als der sonst erforderliche Austausch des ganzen Schalters. Bei wirklich gasdichter Kapselung aber ist ein erforderlicher Austausch infolge angegriffener Schaltraumauskleidung gasdicht zu erwarten; hat sich nämlich erst einmal eine geeignete 02-freie li Gasatmosphäre i.m Schaltkammcinneren gebildet, so kann der Schalter unbedenklich betrieben werden, bis mechani.sche Ab7 nutzungen oder sonstige Alterserscheinungen auftreten.
  • F i g u r 3 schließlich zeigt einen Ausschnitt der Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Hilfsstromschalters, bei dem anstatt des Dichtringes 14 nun eine Zwischenwandung 52 Verwendung findet. Diese Zwischenwandung 62 weist im Bereich der einander gegenüberliegenden Kontaktstücke 63 und 64 elnen Ausbruch 65 auf. Innerhalb dieses Ausbruches 65 treffen bei Betätigung des (in Fig. 1 bereits erläuterten) Betätigungsstößels 15 die genannten Kontaktstücke 63 und 64 aufeinander und ziehen hier - insbesondere beim Öffnen der Kontaktstelle - einen Lichtbogen. Wählt man für die Zwischenwandung nun ein Material, welches bei Lichtbogeneinwjrkung innerhalb der Schaltkammer 28 (siehe auch Fig. 1) eine geeignete, evtl. reduzierende Atmosphäre bewirkt, so können die Gehäuseteile 11a und 12a aus nahezu beliebigem Material hergestellt sein, im Gegensatz zu den Gehäuseteilen 11 und 12 beim Hilfsstromschalter gemäß Fig. 1. Dort sind, wie schon bei der Beschreibung der Fig. 1 erwähnt, die Gehäuseteile11 und 12 nämlich aus Polyoxymethylen gefertigt, um bei Lichtbogenein>zirkung die bereits geschilderten Effekte zu bewirken.
  • Wie eingangs der Figurenbeschreibung bereits ausgeführt, handelt es sich bei den Darstellungen lediglich um Ausführungsbeispiele.
  • Es sind zahlreiche Abwandlungen und Aus gestaltungen des Erfindungsgedankens denkbar und diesem unterordenbar, sei es in der Materialwahl, in der Ausgestaltung des Gedankens der Verwendung eines opferanodenartigen Teiles oder anderer Maßnahmen im Rahmen der Erfindung. So ist es, um ein konkretes Abwandlungsbeispiel zu geben, durchaus möglich, die Kappe 19 beim Hilfsschalter gemäß Fig. 1 mit einem Wulst an ihrer Randung zu versehen, um den Federbügel 20 einzusparen.
  • Zur Veranschaulichung der Vorteile und des durch den Erfindungsgedanken erzielbaren technischen Fortschritte sei abschließend kurz erläutert, was Laborversuche bestätigt haben: Erzeugt man mit Hilfe von Isolierstoffgasen innerhalb einer gekapselten Schaltkammer eine reduzierende Atmosphäre (CO), so werden tatsächlich Fremd schichten auf Kontaktstückoberflächen (Oxide) abgebaut. Dementsprechend ergaben Versuche mit Kupferkontaktstücken anstelle von üblicherweise verwendeten Kontaktstücken aus Silber bzw. Silberlegierungen nach mehreren Schaltspielen (der Sauerstoff war inzwischen gebunden, die Kupferoxide reduziert) Kontaktwiderstandswerte, die denen von Silberkontaktstücken entsprachen, d.h. sie waren sehr niedrig (5 bis 10 Milliohm). Ist ein solches günstiges Widerstandsniveau erst erreicht, dann verhalten sich Kupferkontakte in der genannten Atmosphäre praktisch genau wie Silberkontaktstücke. Es scheint daher bei Anwendung des beschriebenen Prinzips möglich zu sein, in gasdicht gekapselten Schaltgeräten teuere Edelmetallegierungen für Kontaktstücke durch Kontaktstücke aus preiswerteren Metallen zu ersetzen. Hieraus ergeben sich u.U. auch zahlreiche Vor-teile für den Fertigungsaufwand, denn es wird nun möglich, Kontaktglieder, Brücken usw. aus einem einzigen Haterialteil herzustellen und somit ein Auflöten oder Annieten oder dergleichen von Kontaktstücken auf einen Träger einzusparen.

Claims (14)

  1. Patentanspniche 1. Staub- und gasdicht gekapselter elektrischer Schalter mit einer von Isolierstoffwandungen umgebenen und zunächst mit atmosphärischer Luft angefüllten Schaltkammer, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß wenigstens ein Teil der Tsolierstoffwandungen(11,12) oder ein in der Schaltkammer (28,60) angeordnetes (aktives) tives) Teil (56) eie Materialzusammensetztalg aufweist, die eine für die dauerhafte Erhaltung der ele-trischen Leitfähigkeit der Oberfläche von Kontakt stücken geeignete Atmosphäre innerhalb der Schaltkammer erzeugt.
  2. 2. Grekapselter elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Isolierstoffwandungen (11,12) oder ein in der Schaltkam£1-ier angeordnetes (aktives) Teil (56) eine Materialzusammensetzung setzung aufweist, die den Gehalt arl freiem Sauerstoff innerhalb der Schaltkammeratmosphäre vermindert bzw.
    eine reduzierende Wirkung ha-t.
  3. 3. Gekapselter elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine derartige Materialwahl für Wandungsteile der Isolierstoffwandung (11,12) bzw. für ein in der Schaltkammer (60) angeordnetes (aktives) Teil, daß infolge von Lichtbogeneinwirkung Stoffe frei werden, die den Sauerstoff der in der Schaltkammer vorhandenen atmosphärischen Luft chemisch binden bzw. eine reduzierende Wirkung haben.
  4. 4. Gekapselter elektrischer Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Isolierstoffwandungen (11,12) oder ein in der Schaltkammer angeordnetes (aktives) Teil (56) aus kohlenstoffhaltigem, organischem Material besteht und daß infolge von Lichtbogeneinwirkung durch Pyrolyse Kohlenstoffanteil e und/oder Kohlenwasserstoffe frei werden, die mit dem Sauerstoff der in der Schaltkammer vorhandenen atmosphärischen Luft beispielsweise zu Kohlenmonoxid (Co) und Kohlendioxid (Co2) umgewandelt werden.
  5. 5. Gekapselter elektrischer Schalter nach einem der knwrüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Isolierstoffwandungen oder ein in der Schaltkammer angeordnetes (aktives) Teil eine Materialzusammensetzung aufweist, die den Gehalt an Wasser bzw. Wasserdampf der Atmosphäre innerhalb der Schaltkammer vermindert lmd/oder niedrig häit.
  6. 6. Gekapselter elektrischer Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeiehnet, daß wenigstens ein Teil der Schaltkammel?TYandungn (11,12) oder ein in der Schaltkammer (60) angeordnetes (aktives) Teil (56) aus einem Material besteht, dessen Zusammensetzung eine größere Affinität gegenüber dem Sauerstoff und/oder gegenüber dem Wasser bzw. Wasserdampf der atmosphärischen Luft in der Schaltkammer aufweist als die übrigen Wandungsteile bzw. andere Teile innerhalb der Schaltlkammer, insbesondere als die der Kontaktgabe und der Stromführung dienenden Teile.
  7. 7. Gekapselter elektrischer Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schaltkammer nach Art einer Opferanode ein (aktives) Materialteil angeordnet ist, dessen Zusammensetzung sich reaktionsfreudiger gegenüber dem Sauerstoff der atmosphärischen Luft in der Schaltkammer und./oder gegenüber in dieser Atmosphäre vorhandenem Wasser bzw. Wassordauipf verhält als die Wandungsteile der Schaltkammer bzw. weitere in der Schaltkammer vorhandenen Teile, und dessen Vorhandensein in der Schaltkammer ausschließlich diesem Zweck dient.
  8. 8. Gekapselter elektrischer Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Schaltkammer nach Art einer Opferanode wirkende aktive Materialteil bei chemisch angegriffenem Zustand gegen ein gleiches anderes aktives Teil leicht auswechselbar ist.
  9. 9. Gekapselter elektrischer Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Schaltkammerwandungen (11,12) oder ein in der Schaltkarnmer angeordnetes (aktives) Teil(56) aus geeignetem Thermoplastmaterial, beispielsweise aus Polyoxymethylen besteht.
  10. 10. Gekapselter elektrischer Schalter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Teil in Form einer Beschichtung vorliegt.
  11. 11. Gekapselter elektrischer Schalter nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Teil in Form einer Platte oder Zwischenwandung (62) mit wenigstens einer Öffnung (65) vorliegt, wobei die beim Schaltvorgang zueinander zu führenden Kontaktstücke (6D,64) auf gegenüberliegenden Seiten der Platte bzw. Zwischenwandung angeordnet sind und im ein geschalteten Zustand etwa in der Öffnung kontaktieren.
  12. 12. Gekapselter elektrischer Schalter nach einem der vorstehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung eines durch die chemischen Umwandlungsprozesse entstehenden, über ein zulässiges Ausmaß hinausgehenden Gasüberdruckes ein an der Schaltkammer angeordnetes ordnetes Uberdruckventil vorgesehen ist.
  13. 13. Gekapselter elektrischer Schaltor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil die Form einer Kappe (19) aufweist, aus gummielastischem Material besteht und auf einer rohrstutzenförmigetlAusformung (17) des Schaltkammergehäuses (11) auf sitzt.
  14. 14. Gekapselter elektrischer Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil aus einem Schlauchabschnitt (37) aus gummielastischem Material besteht, der auf einer mit einer Radi.-lbohlmng (36) und einer ins Schaltkammerinnere weiterführenden Axialbohrung (35) versehenen Ausformung (34) auf sitzt und nach dem Prinzip des einfachen Fahrradventils arbeitet
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