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"Elektrischer Schalter"
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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Es sind Schalter bekanntgeworden, die ein Kontaktpaar aufweisen, dessen
Kontaktstücke einander gegenüberstehen und zwischen die ein Schiebestück einfügbar
ist. Derartige Schiebestücke bestehen bei bekannten Schaltgeräten aus einem durchgehend
einheitlichen Material, entweder aus einem reinen Isolationsmaterial oder einem
Leitermaterial. Wenn der Schieber aus Isoliermaterial besteht, sind die beiden gegenüberliegenden
Kontaktstücke federnd gegeneinander gedrückt. In der Ausschaltstellung befindet
sich der Schieber zwischen den beiden Kontaktstücken und wird zum Einschalten aus
dem Bereich zwischen den beiden Kontaktstücken entfernt, so daß die beiden Kontaktstücke
unter der Wirkung der Federn in Berührung gelangen und somit eine Kontaktverbindung
herstellen.
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Zum Ausschalten wir der Schieber zwischen die beiden
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Kontaktstücke eingeschoben. Wenn der Schieber aus einem Leitermaterial besteht,
bleiben die einander gegenüberliegenden Kontaktstücke auch im ausgeschalteten Zustand
des Schalters in einem Abstand zueinander stehen. Die Unterbrechung des Stromflusses
wird dadurch bewirkt, daß der die beiden Kontaktstücke miteinander verbindende Schieber
zwischen den Kontaktstücken herausgezogen wird.
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In beiden dieser genannten Fälle treten bei entsprechenden, zu schaltenden
Leistungen Lichtbögen auf: Bei dem keilförmigen Schieber um die Kante des Keils
herum, was zu Beschädigungen und schneller Zerstörung des Keiles führen kann, im
anderen Falle zunächst zwischen den Kontaktstücken und dem Schieber und dann zwischen
den beiden Kontaktstücken; die Löschung erfolgt dann in üblicher Weise beispielsweise
mittels eines Lichtbogenlöschblechpaketes.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Schalter der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem während der Schalthandlungen Lichtbogenerscheinungen
vermieden sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Mit anderen Worten: Die Erfindung besteht darin, daß zwischen zwei
einander gegenüberliegenden Kontaktstücken ein Schieber bewegbar ist, der in seinem
einen Endbereich einen praktisch unendlich großen Widerstand bzw.
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Durchgangswiderstand, hingegen am anderen Endbereich einen Durchlaßwiderstand
von praktisch gleich Null besitzt. Dort, wo der Widerstand sehr groß ist, so daß
der Schieber in diesem Bereich einem Isolator gleichzusetzen ist, ist der ausgeschaltete
Zustand des Schalters. Dort wo der Durchgangswiderstand praktisch Null ist, dient
der Schieber als elektrischer Leiter und verbindet die beiden Kontaktstücke miteinander,
so daß sich der Schalter in Einschaltstellung befindet.
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Das Widerstandsverhalten kann sich im Verlauf der Bewegung des Schiebers
stetig oder stufenweise in mehreren Stufen ändern. Dabei kann auch eine stetige
und stufenweise Widerstandsänderung miteinander kombiniert werden und auch eine
lineare Widerstandsänderung ist nicht unbedingt notwendig. Lediglich größere AnderungssprUnge
sollten bei der Ausbildung des Schiebers vermieden werden.
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Das Widerstandsmaterial muß in der Lage sein, einem Energieimpuls
standzuhalten. Dieser Energieimpuls tritt auf, wenn eine kapazitive Last eingeschaltet
oder eine induktive Last abgeschaltet wird. Als Widerstandsmaterial kann z. B. ein
Massewiderstand (Kohlenmasse) vorgesehen sein, dessen Widerstand sich längs seiner
Erstreckung ändert. Als Widerstandsmaterial kann beispielsweise auch ein Halbleitermaterial
vorgesehen sein.
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In jedem Falle muß ein Material verwendet werden, dessen Widerstand
sich längs seiner Erstreckung ändert. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Keramikträger
als Isolierelement zu verwenden und auf dem Keramikträger Schichten aufzubringen,
die die Widerstandsänderung bewirken. Beispielsweise können als solche Schichten
Kohle-
bzw. Graphitschichten verwendet werden. Auch Widerstandsmaterialien in Form von
Dickfilmpasten können auf den Keramikträger aufgebracht sein.
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Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
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Es zeigt: Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Schaltmechanismus in Einschaltstellung und Figur 2 den Schaltmechanismus gemäß Figur
1 in Ausschaltstellung, Figur 3 eine graphische Darstellung der optimal geeigneten
Widerstandsänderung, Figur 4 eine stufenweise Widerstandsänderung; die Stufungen
sind übertrieben dargestellt, um die Erfindung zu erläutern, Fig. 5-9 beispielhafte
Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Schiebers und Figur 10 eine perspektivische
Anordnung mit Schiebern in mehrphasiger Anordnung.
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Der elektrische Schalter gem. den Figuren 1 und 2, der
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beispielsweise in handelsüblichen Gehäusen untergebracht sein kann, besitzt Anschlußklemmen
10, 12, an die die Zuleitung bzw. Ableitung in einer Installtionsverteilung angeschlossen
sein können. Die Klemmen 10 und 12 sind über Zwischenleitungen 14 und 16 mit beweglichen
bzw.
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drehbaren Kontakthebeln 18 und 20 verbunden, deren freie -Enden mit
Kontaktstücken 22 und 24 versehen sind, welche gegen die beiden Seitenflächen eines
Schiebers 26 gedrückt sind. Die Kontakthebel 18 und 20 können auch als Kontaktfedern
ausgebildet sein, die bei 28 bzw. 30 anstatt drehbar aufgelagert auch eingespannt
sein können.
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Der Schieber ist mittels einer Antriebsstange 32 mit einem Tauchanker
34 verbunden, der von einem Elektromagnetsystem 36 betätigbar ist. Dabei kann die
Stromversorgung für das Elektromagnetsystem 36 dadurch erfolgen, daß die Zwischenleitung
14 über die nicht weiter dargestellte Spule des Magnetsystems 36 zu der Stelle 28
geführt sei, so daß die Spule zwischen der Anschlußklemme 10 und der Stelle 28 liegt.
Es besteht auch die Möglichkeit, zwischen der Klemme 10 und der Stelle 28 einen
Nebenzweig zu schalten, in den das Elektromagnetsystem 36 eingeschaltet ist.
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Im Falle einer Schalthandlung wird der Magnetanker von dem Elektromagnetsystem
36 angezogen, dergestalt daß -wie in Figur 2 ersichtlich - der Magnetanker 34 ins
Innere des Elektromagnetsystemes 36 hineingezogen wird (Tauchankersystem). Selbstverständlich
besteht auch die Möglichkeit, ein Klappankersystem zu verwenden; die Art des Antriebes
des Schiebes 26 ist von untergeordneter Bedeutung für die Erfindung. Wichtig ist
nur, einen Antrieb vorzusehen, der den Schieber aus der in Figur 1 dargestellten
Lage in die in der Figur 2 dargestellten
Lage verschiebt.
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Die Stellung gem. der Figur 2 ist die Einschaltstellung und in diesem
Bereich besitzt der Schieber 26 einen sehr kleinen Widerstand, wie aus der Figur
3 bei S1 ersichtlich. In der Stellung gemäß Figur 1, wenn also die beiden Kontakt
stücke 22 und 24 am entgegengesetzten Ende des Schiebers 26 liegen, befindet sich
der Schalter in Ausschaltstellung und der Widerstand ist sehr groR, wie bei S2 aus
Figur 3 ersichtlich ist. Dabei kann sich, der Widerstand logarithmisch (in Figur
3 wird diese Änderung bei entsprechender Darstellung zu einer Geraden) oder, wie
in Figur 4 dargestellt, stufenweise ändern. Der Schieber 26 besteht gemäß Figur
5 aus einem Keramikrahmen 40, mit einem Loch 41, durch das eine Betätigungsstange
(nicht dargestellt) für einen Antrieb hindurchsteckbar ist. Der Rahmen 40 besitzt
ferner eine Ausnehmung 41a, in der sich eine Kohlemasse 42 befindet, die in ihrem
Bereich 43, also an einem Ende, einen Widerstandswert besitzt, der sehr hoch ist,
so daß sich die Kohlemasse dort wie ein Isolator verhält und einen Bereich 44, in
dem der Widerstandswert praktisch Null ist. Der über die Kontaktstücke 22 und 24
abgegriffene Widerstandswert ändert sich also in Abhängigkeit der Ortskoordinate
s als Folge der inhomogenen Leitfähigkeit.
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In Figur 6 ist eine weitere Ausführung dargestellt, bei der die beweglichen
Kontaktstücke 22 und 24 nicht auf der Massenoberfläche direkt gleiten; vielmehr
sind die verschiedenen Widerstandsbereiche mit metallischen Kontakt flächen verbunden,
auf denen die Schleifer greifen.
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Die Widerstandsänderung erfolgt hier nicht stetig ent-
lang
des Weges s oder der Ortskoordinate s, sondern in Stufen zwischen den theoretischen
Werten oo und Null.
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Die Kohlemasse besitzt in ihrer Gesamtheit die Bezugsziffer 42 und
besitzt Bereiche unterschiedlicher Leitfähigkeit 43 und 44. Auf den sich gegenüberliegenden
Schmalseiten sind dann Kontaktflächen 45 bis 60 angebracht, wobei zwischen den Kontaktflächen
45 und 46 bzw.
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47 und 48 und so fort der hohe Widerstandswert (Schalterzustand "aus"
und zwischen den Kontaktflächen 59 und 60 der niedrige Widerstandswert abgegriffen
wird, so daß dort der Schaltzustand "ein" besteht. Dazwischen werden je nach der
Bewegungsrichtung in steigender oder fallender Folge Widerstandszwischenwerte abgegriffen.
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Der Träger des Schiebers ist nicht wie in Figur 5 dargestellt ein
Keramikrahmen, sondern die Masse selbst.
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Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Man erkennt
einen Träger 80, auf dessen oberer und unterer Seite eine Widerstandsschicht 82
bzw. 84 aufgebracht ist,. die an lediglich einer Stirnkante mittels einer Verbindungsschicht
86 miteinander verbunden sind.
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Im Bereich A ist der Verbindungsweg der Schicht 82, 86 bis 84 klein,
so daß der Widerstandswert dort klein ist, wogegen im Bereich B der Weg zwischen
den strichliert dargestellten Kontaktstücken 22 und 24 über den Streifen 82, den
Verbindungsstreifen 86 und den Verbindungsstreifen 84 groß ist, so daß auch der
Widerstandsbeiwert vergrößert ist.
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Wie aus Figur 7 ersichtlich, kann sich die Breite des Widerstandsstreifens
kontinuierlich (dick ausgezogene Linie 88 oder stufenweise strichliert ausgezogene
Linie 90) ändern, wodurch eine Verringerung des Widerstands-
wertes
zwischen den Bereichen A und B bewirkt wird.
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In der Figur 9 ist ein mechanisch symmetrischer Schieber dargestellt,
der dem Schieber gemäß der Figur 6 gleicht, wobei im Bereich niedrigen Widerstandes
ein weiteres Durchgangsloch 41b vorgesehen ist. Der Schieber gemäß der Figur 9 wird
dann bei einem Schalter gemäß Figur 10 verwendet. Vier Schiebestücke gemäß Figur
9 werden mechanisch mittels Distanzstücken 100 miteinander verbunden und gleichzeitig
von einem nicht weiter dargestelten Motor betätigt (dies kann z. B. auch ein Elektromagnetsystem
sein). Der Schalter gemäß der Figur 10 besitzt sich gegenüberliegende Kontaktpaare
102, 104, 106 und 108, an deren freien Enden jeweils den Kontaktstücken 22 und 24
entsprechende Kontaktstücke oder Schleifstücke 110 angebracht sind. Die Zuordnung
der vier Schieber kann nun so erfolgen, daß die Bereiche mit geringem Widerstand
bei den drei linken Schiebern 112 bis 116 unten liegen, so daß für die drei Schieber
112 bis 116 die gezeichnete Stellung der Einschaltstelung entspricht. Der Schieber
118 ist so ausgerichtet, daß die dem Kontaktpaar 108 zugehörigen Schleifer auf einen
Bereich mit geringem Widerstandsbeiwert aufliegen; der Schieber 118 ist um 1800
eingebaut. Wenn nun die Schieber in Richtung s bewegt werden, dann entsteht zwischen
den Kontaktpaaren 102 bis 106 ein Schließvorgang, wogegen zwischen den beiden Kontaktpaaren
108 ein Öffnungsvorgang bewirkt wird.