DE2702580C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Schalter mit einer Vorrichtung zum magnetischen Löschen eines Lichtbo­ gens, wie er durch die den Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1 bildenden Merkmale beschrieben ist.

Eine Vorrichtung der gattungbildenden Art ist aus der DE-OS 25 11 238 und hier den Fig. 3, 4, 5 samt zugehörigem Beschrei­ bungsteil bekannt. Dieser bekannte Schalter hat Hauptkontak­ te und zu ihnen parallelgeschaltete koaxiale Kontakte, die sich nach Trennung der Hauptkontakte öffnen. Eine Blas-Spule ist in Serie mit den parallelliegenden Kontakten geschaltet. Bei Öffnung der Hauptkontakte wird der Strom in dem Stromkreis mit der Blas-Spule und den parallelen Kontakten abgeleitet, aber die Induktanz der Spule erschwert dieses Ableiten des Stromes; somit kann immer noch ein kleiner Lichtbogen auf den Hauptkontakten gezogen werden, was zu einer Zerstörung dieser Kontakte führt. Dieser letztgenannte Lichtbogen wird durch das Magnetfeld der Spule nicht beblasen. Bei geschlossenem Schalter ist die Blas-Spule stromlos.

Demnach ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickel­ te magnetische Lichtbogenblasvorrichtung anzugeben, bei der die Blas-Spule im geschlossenen Zustand der Kontakte zwar auch strom­ los ist, welche aber die beim Öffnen der beiden Kontaktpaa­ re sich bildenden Lichtbögen beide stark bebläst.

Die im Patentanspruch 1 definierte Lösung erbringt zunächst den Vorteil, daß durch die beiden elektrisch in Serie ge­ schalteten Kontakt-Paare und die ringförmige, zur Blasspule koaxiale Kontakt-Ausbildung das nur während des Kontakt-Öff­ nens gebildete magnetische Feld sich radial vollständig in den Bereich der durch den Kontakt-Hub bestimmten Räume erstreckt und somit sehr wirkungsvoll eine Rotation der beiden, zwischen den Kontakt-Paaren gezogenen Lichtbögen sowie deren Löschung verursachen.

Es ist also auch bei dieser Vorrichtung die Spule bei geschlosse­ nem Schalter stromlos. Beim Abschalten öffnen sich die beiden Kontakt-Paare und es werden durch Serienschaltung zwei Lichtbögen gezogen. Gleichzeitig wird die parallel zum einen Kontaktpaar geschaltete Spule gespeist und die beiden Lichtbögen werden somit magnetisch beblasen.

Beide entstandenen Lichtbögen werden also dem magnetischen Beblasen durch die Spule ausgesetzt. Hierbei werden die Lichtbögen auf ringförmigen Bahnen sofort in schnelle Rota­ tion versetzt. Somit ist ein Ruhen der Fußpunkte der Licht­ bögen auf den Kontaktflächen mit der daraus folgenden schäd­ lichen Beanspruchung vermieden. Bei geschlossenen Kontakten liegt die Blas-Spule im Nebenschluß und ist somit nicht mehr vom Strom durchflossen.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes angegeben.

Gemäß Anspruch 2 ist die Blas-Spule elektrisch mit dem ersten Kontakt-Paar und mechanisch mit dem festen Kontakt fest verbunden. Ferner ist eine die Blas-Spule mit dem Zusatz-Kontakt elektrisch verbindende Leitung vorgesehen. Ferner schließt das erste Kontakt-Paar vor dem zweiten Kontakt-Paar. Dies erbringt den Vorteil, daß während des Schließvorganges der genannte Kontakt der Blas-Spule nicht stromdurchflossen ist.

Nach Anspruch 3 sind die Kontakt-Paare und die Blas-Spule in einem geschlossenen, mit Schwefelhexafluorid gefüllten Gehäuse untergebracht; zur Antriebsvorrichtung gehört eine aus dem Gehäuse herausführende Antriebsstange. Somit sind dem Schwefelhexafluorid lediglich die Teile ausge­ setzt, bei denen der Löschvorgang unterstützt werden muß.

Gemäß Anspruch 4 ist die Betätigungsstange aus dem Gehäu­ se abgedichtet herausgeführt; hierdurch ist ein Entwei­ chen des Schutzgases verhindert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anschließend unter Bezugnahme auf die etwas schematische Zeichnung be­ schrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 die Seitenansicht des Schalters, wobei dessen we­ sentliche Teile als lotrechter Mittellängsschnitt dargestellt sind;

Fig. 2 und 3 Schnittdarstellungen vornehmlich der Kon­ takt-Bereiche, in gegenüber Fig. 1 vergrößer­ tem Maßstab;

Fig. 4 und 5 ein anderes Beispiel der Gestaltung des Kon­ taktbereiches, analog Fig. 2 und 3;

Fig. 6 einen Ausschnitt aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 mit einem weiteren Beispiel der Gestaltung des Kontaktbereiches.

In den Zeichnungen ist der Schalter eingebaut in ein dich­ tes isolierendes Gehäuse (10) dargestellt, das mit Schwe­ felhexafluorid unter Druck von etwa 4 bar gefüllt ist. Eine Steuerstange (12) durchsetzt eine Öffnung (14), die in dem Gehäuse (10) angebracht ist. Eine übliche Dichtung (16) ist zwischengefügt, wo­ bei deren eines Ende an einem Flansch (18) der Stange (12) und deren anderes Ende an einem Deckel (20) befe­ stigt ist. Hierdurch ist die Öffnung (14) abgedichtet. Ein solcher abgedichteter Durchlaß ist an sich bekannt; somit genügt der Hinweis, daß sich die Stange durch Zusammendrücken oder Ausdehnen der Dichtung (16) frei bewegen kann. Der innere Druck im Gehäuse (10) wirkt dabei auf den Flansch (18) und übt somit auf die Stange (12) eine Kraft derart aus, daß die Stange sich nach außen aus dem Gehäuse (10) herausbewegt; dies entspricht einer Öffnung des Schalters.

Der äußere Teil der Steuerstange (12) durchquert den U-förmigen Körper eines Elektromagneten (24), der am Ge­ häuse (10) befestigt ist und an seinem äußeren Ende einen Anker (26) trägt; dieser liegt den beiden Pol-Oberflächen (28) des Elektromagneten (24) gegenüber. Der Elektromag­ net trägt auf jedem Schenkel zwei Wicklungen, nämlich eine Anzug-Wicklung (30) und eine Halte-Wicklung (32).

Das andere Ende der Stange (12) ist im Innern des Gehäu­ ses (10) bei (34) gelenkig mit einem Kipphebel (36) verbunden, der um eine Achse (38) schwenkbar auf einer Halterung (40) angebracht ist. Die Halterung (40) ist am Gehäuse (10) befestigt. Das entgegengesetzte Ende des Kipphebels (36) steht bei (42) gelenkig mit einer Füh­ rung (44) in Verbindung, die von einem Hebel (46) geführt wird. Dieser ist derart drehbar auf der Halterung (40) befestigt, daß ein lineares Gleiten der Stange (12) durch die Führung (44) im gewünschten Ausmaß erfolgt.

Gemäß Fig. 2 und 3 ist ein beweglicher Kontakt (48) in Form einer "Kuppel" mit einer ringförmigen zweiten Kontakt-Flä­ che (50) versehen und ist auf dem Schaft einer Schraube (52) gleitbar montiert. Hierbei weist die Schraube am einen Ende ein Gewinde (54) auf, welches in die Führung (44) eingeschraubt ist. Die Schraube samt Gewinde er­ streckt sich in Bewegungsrichtung der Führung. Der Kopf (56) der Schraube (52) bildet einen Anschlag für den Kontakt (48). Eine Druckfeder (58) ist zwischen die Füh­ rung (44) und den Kontakt (48) derart eingefügt, daß der Kontakt durch den Anschlag des Kopfes (56) ausgelöst wird. Die ringförmige zweite Kontakt-Fläche (50) wirkt mit einer zugehö­ rigen vierten Kontakt-Fläche (60) zusammen, die ihrerseits mit einem Zusatz-Kontakt in Form einer Scheibe (62) verbunden ist. Diese ist nur begrenzt gleit­ fähig durch eine Zentral-Muffe (68) mit einem Flansch (70) auf einem festen Tragteil (64), welches am Gehäuse (10) durch Schrauben (66) befestigt ist. Die Oberfläche der Scheibe (62) stellt gegenüber der Kontakt-Fläche (60) eine dritte ringförmige Kontakt-Fläche (72) dar. Diese wirkt mit der festen ringförmigen Kontakt-Fläche (74) zusammen, die mit der Halterung (64) in Verbindung steht. Eine Druckfeder (76) stützt sich auf der Halterung (64) ab und bringt die Muffe (68) und die zugehörige Scheibe (62) zum Anschlag auf dem Flansch (70). Das hat zur Folge, daß sich die ringförmigen Kontakte (74) und (72) öffnen können.

Eine Blas-Spule (78) ist an der Halterung (64) koaxial zu den ringförmigen Kontakten (50, 60; 72, 74) befestigt und derart dem festen Kontakt (74) benachbart, daß in den ent­ standenen Zwischenräumen zwischen den Kontaktpaaren mit getrennten Kontakten (60, 50; 72,74) ein radiales Blasmag­ netfeld entsteht.

Das Tragteil (64) verbindet eine Klemme (80) des Schal­ ters mit der festen ringförmigen Kontakt-Fläche (74); die Enden der Spule (78) sind in Punkt (82) entsprechend mit dem Tragteil (64) und durch eine biegsame Leitung (84) mit der Scheibe (62) verbunden. Der bewegliche Kon­ takt (48) ist durch einen Verbindungsleiter (86) mit der anderen Klemme (88) des Schalters verbunden.

Der Schalter arbeitet folgendermaßen:

In der geschlossenen Stellung entsprechend Fig. 2 fließt der Strom von der Klemme (80) über das Tragteil (64), das erste Kontaktpaar (72, 74), die Scheibe (62), das zweite Kontaktpaar (60, 50, 48) und der Leiter (86) zu der gegenüberliegenden Klemme (88). Dabei wird die Blasspule (78) - durch das geschlossene Kontaktpaar (72, 74) geshuntet - nicht er­ regt. Der Schalter befindet sich durch das Anziehen des Ankers (26) jetzt in geschlossener Stellung und zwar wegen des Elektromagneten (24), dessen in Serie geschalte­ te Wicklungen (30, 32) erregt sind. Die Öffnung des Schal­ ters wird durch Unterbrechung der Stromversorgung des Elektromagneten (24) und die sich daraus ergebende Freiga­ be des Ankers (26) gesteuert. Unter dem Druck, der auf den Flansch (18) ausgeübt wird und unter der Kraft der Feder (58) - eventuell auch durch eine Rückholfeder (nicht dargestellt) - setzen sich die beweglichen Teile, die aus Steuerstange (12), Kipphebel (36), Führung (44) und Schraube (52) bestehen, in Bewegung, und zwar derart, daß der Kopf (56) der Schraube sich nach unten bewegt - gemäß Fig. 2 - und nach Durchlaufen des Spiels zwischen Kopf und beweglichem Kontakt (48) dieser letztere nach unten gezogen wird. Die Scheibe (62), die nun nicht mehr von dem beweglichen Kontakt (48) zurückgehal­ ten wird, folgt der Bewegung mit Hilfe der Feder (76) während einer begrenzten Bewegung des Flansches (70). Es ist ersichtlich, daß sich die beiden Kontaktpaare (50, 60; 72, 74) nahezu gleichzeitig öffnen (Fig. 3). Die Reihenfol­ ge des Öffnens hängt von der Masse der in Bewegung befindlichen Teile und von der Kraft der Federn ab. Die zwischen den getrennten Kontaktpaaren (50, 60; 72, 74) gezo­ genen Lichtbögen unterliegen einem radialen Blasmagnet­ feld, welches durch die Blas-Spule erzeugt wird und von der Bogenspannung zwischen den Kontakten (72 und 74) auf­ rechterhalten wird. Offensichtlich bewirkt ein solches Blasen eine schnelle Rotation der Bogenenden auf den ringförmigen Kontakten (50, 60; 72, 74) und damit ein Auslö­ schen des Bogens. Die Stromversorgung der Blas-Spule (78) wird durch das Erlöschen des zwischen den Kontaktbahnen (50, 60) gezogenen Bogens unterbrochen.

Um den Schalter zu schließen, wird die Anzugswicklung (30) des Elektromagneten (24) mit Strom versorgt, um den Anker (26) anzuziehen und die Stange (12) nach unten zu bewegen. Sobald der Anker (26) auf der Pol-Oberfläche (28) aufliegt, wird die einen großen Widerstand aufweisen­ de Halte-Wicklung (32) in Serie in den Versorgungsstrom­ kreis der Anzugswicklung (30) geschaltet, um die Strom­ stärke dieses Schaltkreises zu vermindern. Die zusammenge­ faßten Ampère-Windungen der beiden Wicklungen (30, 32) sind gerade ausreichend, um den Anker (26) zu halten.

Die Steuer-Stange (12) schiebt die Führung (44) und den beweglichen Kontakt (48) nach oben. Dabei schließt zuerst das zweite Kontaktpaar (50, 60) und es folgt dann die Scheibe (62) nach, so daß auch das erste Kontaktpaar (72, 74) geschlossen wird. Die Bewegung der Führung (44) ist etwas größer als die des beweglichen Kontaktes (48), um das geringe Spiel zwischen dem Kopf (56) und dem beweglichen Kontakt (48) zu ermöglichen, wodurch der Kontaktdruck sichergestellt wird. Die Blas-Spule (78) wird während einer kurzen Zeit unter Strom gesetzt. Diese kurze Zeitdauer entspricht der leichten Verzögerung beim Schließen der ersten Kontakte (72, 74). Es ist auch möglich, diese zeitweilige Stromver­ sorgung mit Hilfe einer geeigneten kinematischen Verbin­ dung zwischen dem beweglichen Kontakt (48) und der Scheibe (62) zu erreichen.

Eine solche Verbindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 6 näher beschrieben.

In den Fig. 4 und 5 werden die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 für gleiche oder ähnliche Elemente verwendet. Sie zeigen zwei Varianten der Blas-Spule 78 in Verbindung mit der Scheibe (62). Fig. 4 zeigt die Spule (78), die mit einem biegsamen Leiter (87) mit dem Trag­ teil (64) verbunden ist. Sie ist ferner fest mit der Scheibe (62) verbunden und zwar parallel zu der festen ersten Kontakt-Fläche (74) sowie zu der dritten Kontakt-Fläche (72). Ein Stößel (90) stützt sich auf einer Platte (92) ab, die mit dem beweglichen Kontakt (48) verbunden ist und erstreckt sich in der Achse der Kontakte und der Spule (78) und steht über einen Kolben (94) mit einem von einer Scheibe (62 ) getrage­ nen Zylinder (96) in Verbindung. Ein geringes Spiel zwi­ schen dem Kolben (94) und dem Zylinder (96) läßt Luft entweichen und ermöglicht eine Relativbewegung des Kol­ bens im Zylinder.

Beim Öffnen des Schalters ist die Funktion der oben unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschriebenen ziemlich ähnlich.

Die Masse der zwischen den Kontakten relativ beweglichen Teile wird durch die Spule (78) und den Stößel (90) erhöht. Beim Schließen bezieht der bewegliche Kontakt (48) den Stößel (90) mit in die Bewegung ein. Diese Bewegung wird durch Verbindung Kolben (94) und Zylinder (96) auf die Teile (62) und (78) derart übertragen, daß zuerst die ersten Kontakte (72, 74) der Blas-Spule (78) geschlossen werden. Nach dem Schließen dieser Kontakte kann der bewegliche Kontakt (48) dank der zwischen Kolben (94) und Zylinder (96) entwichenen Luft seine Bewegung fortsetzen, welche die kinematische Verbin­ dung zwischen dem beweglichen Kontakt (48) und den Elementen (62) und (78) unterbricht und das Schließen der Kontak­ te (50, 60) ermöglicht. Die vorübergehende Stromversorgung der Blas-Spule (78) wird so ausgeschaltet.

In Fig. 5 ist die Blas-Spule (78) sowohl mit der ringförmi­ gen vierten Kontakt-Fläche (60) als auch mit der ringförmigen zweiten Kontakt-Fläche (50) verbunden. Die Schraube (52) mit dem Mitnehmer-Kopf (56) des beweglichen Kontaktes (48, 50) ist verlängert und wird durch einen zweiten Anschlagstift (98) begrenzt, der mit der Scheibe (62) in Verbindung steht und diese nach einem Leerlauf, der größer ist als der aus dem Spiel zwischen dem Kopf (56) und dem beweglichen Kontakt (48), mitnimmt. Eine Druckfeder (100) ist zwischen dem ringförmigen Kontakt (50) und dem ringförmigen Kontakt (60) angebracht, um diese in Öffnungsposition zu bringen. Der Kolben (94) steht in Verbindung mit der Scheibe (62), um beim Schließen des Einschalters die Bewegung dieser Scheibe zu bremsen und zuerst das zweite Kontaktpaar (50, 60) der Spule (78) zu schließen. Der Funk­ tionsablauf ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung.

Fig. 6 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 2 und 3, wonach die Reihenfolge des Öffnens und Schließens der Kontaktpaa­ re (50, 60; 70, 72) vorgegeben ist. Zu diesem Zweck trägt der bewegliche Kontakt (48) einen Stößel (102), der axial gleitend montiert ist und durch eine Feder (104 ) nahe der Kontakt-Fläche (50) und in geringem Abstand von der Scheibe (62) beim Öffnen des Apparates betä­ tigt wird. Die Kraft der Feder (104) ist größer als die der Feder (76). Beim Verstellen des beweglichen Kontak­ tes (48) in die Schließposition nimmt der Stößel (102) die Scheibe (62) mit in Schließposition des ersten Kontaktpaares (72, 74), bevor das Zurückführen des Stößels (102) das Schließen des zweiten Kontaktpaares (50, 60) ermöglicht. Auch auf diese Weise wird der zeitweilige Stromfluß in der Spule (78) ausgeschaltet. Beim Öffnen öffnen sich die Kontaktpaare (50, 60) vor den Kontaktpaaren (72, 74).

Somit öffnen bei allen Ausführungsbeispielen die Kontakte fast gleichzeitig. Jedoch werden bei dem Beispiel gemäß Fig. 6 die Kontakte (50, 60) durch die starke Kraft der Druck-Feder (104) eine kurze Zeitspanne vor den anderen Kontakten geöffnet; dieser Zeitunterschied ist jedoch ge­ ring. Beim Schließen der Kontakte ist das Zuschalten der Spule von geringerer Bedeutung; in diesem Falle werden die Kontakte, welche die Spule kurzschließen, in vorteil­ hafter Weise zuerst geschlossen. Lediglich bei dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 2 läßt sich diese kurzzeitige Stromversorgung der Spule nicht vermeiden, weshalb die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 4 und 6 zu bevorzugen sind.

Claims (5)

1. Elektrischer Schalter mit einer Vorrichtung zum Löschen eines Lichtbogens mittels eines durch eine Blasspule beim Ausschalten erzeugten Magnetfeldes mit den Merkmalen

• 1.1 zwei Paare trennbare, elektrische Kontakte beinhal­ tend
  • 1.1.1 einen ortsfesten Kontakt mit einer ringförmi­ gen ersten Kontakt-Fläche, einen beweglichen Kontakt mit einer zweiten Kontakt-Fläche, fer­ ner
  • 1.1.2 einen relativ zum ortsfesten und zum bewegli­ chen Kontakt bewegbaren Zusatz-Kontakt, der eine ringförmige dritte Kontakt-Fläche hat, die mit der ringförmigen, ersten Kontakt-Flä­ che zusammenwirkend, dieser gegenüberliegt und das erste Kontakt-Paar bildet,
• 1.2 eine Antriebseinrichtung zum Bewegen des beweglichen Kontaktes
• 1.3 eine die Relativbewegung des Zusatz-Kontaktes ermög­ lichende Bewegungsvorrichtung,
• 1.4 eine Blas-Spule, deren Längsachse sich parallel der Bahn der Lichtbögen erstreckt,
  • 1.4.1 die Blas-Spule hat ein Paar Anschlüsse mit einer Leitung, welche beim Auftreten einer Lichtbogen-Spannung an den Kontakten unter Spannung ist und die das blasende radiale Magnet-Feld erzeugt,

und mit den kennzeichnenden Merkmalen:

• • 1.4.2 Der Zusatzkontakt ist zwischen dem festen und dem beweglichen Kontakt angeordnet;
  • 1.4.3 die zweite Kontakt-Fläche ist ebenfalls ring­ förmig ausgebildet;
  • 1.4.4 eine ringförmige, vierte Kontakt-Fläche auf dem Zusatzkontakt, welche mit der zweiten ring­ förmigen Kontakt-Fläche des beweglichen Kontak­ tes als Teil des zweiten Kontakt-Paares zusam­ menwirkt;
  • 1.4.5 die ringförmigen Kontakt-Flächen an den fe­ sten und den beweglichen Kontakten (64; 72, 74; 50) sowie an den Zusatzkontakt sind koaxial zur Bewegungsachse und außerhalb der Spule (78) angeordnet,
  • 1.4.6 die Anschlüsse der Blas-Spule sind mit den Kontakt-Flächen eines der beiden Kontakt-Paa­ re elektrisch verbunden.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blas-Spule (78) elektrisch mit dem ersten Kon­ takt-Paar und mechanisch mit dem festen Kontakt (64) fest verbunden ist und daß eine die Blas-Spule mit dem Zusatzkontakt elektrisch verbindende Leitung (84) vorge­ sehen ist und daß das erste Kontakt-Paar vor dem zweiten Kontakt-Paar schließt, so daß während des Schließvorgan­ ges dieser Kontakte die Blas-Spule (78) nicht stromdurch­ flossen ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt-Paare (50, 60; 72, 74 ) und die Blas-Spule (78) in einem geschlossenen, mit Schwefelhexafluorid ge­ füllten Gehäuse (10) untergebracht sind, und daß zur Antriebsvorrichtung eine aus dem Gehäuse herausgeführ­ te Antriebsstange (12) gehört.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (12) aus dem Gehäuse (10) abge­ dichtet herausgeführt ist.