DE3541745C2 - Schalter mit einem Gehäuse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter mit einem Gehäuse, in dem zwei zueinander bewegliche Kontakte, Einrichtungen zur Steuerung der Öffnung des Schalters, eine bewegliche Isolier­ wand und Antriebseinrichtungen angeordnet sind, welch letzte­ re einen Rand der Isolierwand zwischen den Kontakten schnell so bewegen, daß der zwischen den Kontakten bei ihrer Tren­ nung auftretende Lichtbogen zwischen diesem Rand und einer in dem Gehäuse vorgesehenen isolierenden Wand abgeschert wird.

Die Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich bei Schaltvorrichtungen anwendbar, die in einen Leitungsver­ lauf geschaltet sind und transiente Ströme, beispielsweise Kurzschlußströme oder hohe Dauerströme unterbrechen können.

Derartige Schalter sind beispielsweise aus der FR 2 540 665 A1 der Anmelderin bekannt. Wenn die Einrichtungen, die die Bewegung der Isolierwand auslösen, nicht auf einen steilen Stromanstieg oder auf einen hohen Dauerstrom ansprechen, be­ steht die Gefahr, daß die Ausschaltung nicht in allen Fällen mit guter Ausschaltqualität erfolgt.

Die DE-PS 4 72 305 zeigt einen Schalter, der eine aus zwei in­ einander geschobenen, becherartigen Elementen ausgebildete Löschkammer aufweist, in deren Innenraum zwei zueinander bewegliche Kontaktstücke hineinragen. Bei einer Trennung der Kontaktstücke bildet sich zwischen den Kontaktstücken ein Lichtbogen aus, der in der Löschkammer einen Gasdruckanstieg herbeiführt. Im weiteren Verlauf der Kontakttrennung wird der eine Kontakt aus der Löschkammer herausgezogen, was be­ wirkt, daß die beiden becherartigen Elemente voneinander entriegelt werden und sich dann aufgrund des erhöhten Gas­ drucks in der Löschkammer voneinander weg bewegen. Dabei wird der Lichtbogen zwischen den Wänden der beiden becher­ artigen Elemente abgeschert.

Ziel der Erfindung ist es, bei derartigen bekannten Schal­ tern Mittel vorzusehen, durch die die Bewegungsgeschwindig­ keit der Isolierwand an die Lichtbogenenergie angepaßt wer­ den kann.

Erfinderungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die Isolierwand mit einer Öffnung versehen ist, durch die einer der Kontakte des Schalters hindurchtritt, daß Isolierwand und eine mit ihr verbundene isolierende Klappe sich in einer Kammer des Gehäuses beim Ausschalten gleichzeitig bewegen, so daß zwischen ihnen und Flächen dieser Kammer ein Raum mit veränderlichem Volumen gebildet wird, der einen der Kontakte enthält, wobei der Raum schnell sein Volumen vergrößert, wenn die Energie des bei Kontakttrennung auftretenden Licht­ bogens auf die in diesem Volumen enthaltenen Gase übertragen wird und in einer bestimmten Stellung der Isolierwand, bei der ihre Öffnung sich nicht mehr gegenüber dem Kontakt befin­ det, mit der Atmosphäre verbunden ist.

Zusätzliche Merkmale, die eine Verringerung der Masse des mit der Isolierwand verbundenen beweglichen Systems bei vor­ gegebenem Kammervolumen herbeiführen sowie verschiedene Aus­ führungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt in einer Mittel­ ebene JJ′ durch eine erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene VV′ durch den Schalter nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt in der Ebene HH′ durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie WW′ durch den Schalter nach Fig. 3, und

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Kammer eines erfin­ dungsgemäßen Schalters gemäß einer Abwand­ lung der in Fig. 3 gezeigten Ausführungs­ form.

Bei allen im folgenden beschriebenen Ausführungsformen wirkt der Gasdruck, der sich beim Auftreten des Lichtbogens entwickelt, auf eine isolierende bewegliche Antriebsklappe ein, die mit einer beweglichen Isolierwand verbunden ist und zu diesem Zeitpunkt mit den Wänden des Gehäuses einen im wesentlichen gasdichten Raum bildet.

Bei den dargestellten Ausführungsformen, bei denen der bewegliche Kontakt des Schalters in diesem Raum angeordnet ist, ist es erforderlich, diesen ausreichend groß zu dimensionieren, damit die Bewegung dieses beweglichen Kontakts eine ausreichende Amplitude erreichen kann. Eine der Möglichkeiten, die Größe der beweglichen Massen zu verringern, besteht dann darin, daß die Wände dieses Raums möglichst nur geringe Bewegungen ausführen und möglichst kleine Massen aufweisen. Eine derartige Verringerung der Trägheit wird zweckmäßigerweise dadurch erreicht, daß ein Bereich der als Antriebsklappe dienenden Wand im wesentlichen feststehend ausgebildet wird, und zwar insbesondere durch Verwendung von rotierenden Dichtungseinrichtungen. Auf diese Weise kann ebenfalls eine vorteilhafte Verringerung der Reibungen erreicht werden.

Eine Ausführungsform, bei der das veränderliche Volumen des Raums nicht zwischen Wänden einer Hülse mit einer hohlen oder rohrför­ migen Ausbildung enthalten ist, ist in den Fig. 3 und 4 dar­ gestellt, in denen eine flache Isolierwand 219 mit einer Öffnung 220 auf einer Fläche 221 einer Kammer 222 eines isolierenden Gehäuses 223 gleiten kann. Seitliche Ränder 224 und 225 (Fig. 4) sowie ein hinterer Teil 226 der Isolierwand sitzen mit einem Funktionsspiel in Nuten 227, 228 und 229 der Kammer, um bei der Bewegung der Isolierwand nach oben (in Fig. 3) eine vollständige elektrische Isolierung zwischen der Kammer, in der ein beweglicher Kontakthebel 230 angeordnet ist, des­ sen Kontaktelement 232 die Öffnung 220 durchquert, und einem fest­ stehenden Kontakt 231 herstellt, der bezüglich der Fläche 221 zurückversetzt ist.

Ein der Kammer zugewandter Endbereich 233 der Isolierwand besitzt Kupplungseinrichtungen 234, die mit einem Ende 235 einer Klappe 236 zusammenwirkt, deren anderes Ende an einer gehäusefesten Achse 237 angelenkt ist. Dieses andere Ende, der Gelenkpunkt sowie die seitlichen Ränder 247 und 248 der Klappe dichten das Kammervolumen gegenüber den Wänden der Kammer bzw. der Isolierwand so hinreichend ab, daß ein elektrischer Lichtbogen, der zwischen den Kontakten bei ihrer Trennung auftritt, in dem veränderlichen Volumen 238 der Kammer eine so schnelle Erhhöhung des Drucks bewirkt, daß die Isolierwand sehr schnell durch die Klappe 236 in der Fig. 3 nach oben mitgenommen wird und den Lichtbogen zwischen der Öffnung 220 und einem Rand 239 der Fläche 221 absichert.

Ein das Gehäuse bis zu der Kammer durchquerendes Luftloch 240 gestattet die Entlüftung des veränderlichen Volumens in einer bestimmten Stellung der Klappe. Anschlüsse 241 und 242 und ein biegsames Geflechtband 243 gestatten den Abschluß des Schalters 244 an einen Verbraucherstromkreis. Eine Kontaktdruckfeder 245 sowie eine Vorrichtung 246, die auf einen Überstrom anspricht (beispielsweise ein magnetisierbares U-förmiges Element), üben beispielsweise einander entgegengesetzte Kräfte auf den beweglichen Kontakthebel aus, so daß dann, wenn ein Überstrom auftritt, der Kontakthebel schnell im Uhrzeigersinn bewegt wird, wodurch ein Lichtbogen entsteht.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Abwandlung können die Isolierwand 250 und die Klappe 251 einstückig aus einem isolierenden Guß­ teil 256 bestehen, wobei das veränderliche Volumen 252 in diesem Fall zwischen starren Wänden der Isolierwand 253 bzw. des Gehäuses 254, 254′, 254′′ und einem verformbaren Wandabschnitt der Klappe 255 enthalten ist, die an einem Ende in das Ge­ häuse eingelassen ist, um eine scheinbare Drehachse 257 zu bilden.

Eine Schaltervorrichtung kann natürlich auch durch eine bezüglich der Ebene TT′ von Fig. 3 symmetrische Anordnung von zwei beweglichen Kontakthebeln gebildet werden, die an­ einander anliegen und sich auf dieselbe Weise trennen.

Bei der anhand der Fig. 3, 4 und 5 beschriebenen Ausfüh­ rungsform kann die Gefahr bestehen, daß der auf die Isolierwand ausgeübte Gasdruck diese zu stark an die benach­ barte Gehäusefläche andrückt, wodurch die Bewegung gebremst oder verlangsamt werden könnte.

Dieser Nachteil kann vermieden werden, indem man der Isolierwand die Form eines Zylinderabschnitts gibt, der in der in Fig. 1 gezeigten Weise von der Klappe schwenkbar getragen wird. Wie Fig. 1 und 2 zeigen, besitzt ein isolierendes Gehäuse 260 eine Kammer 261 mit einer zylindrischen Fläche 262, vor der sich winkelmäßig mit einem sehr geringen Spiel eine Isolierwand 263 mit derselben Krümmung bewegt, die mit einer Öffnung 264 versehen ist, durch die in ihrer Ruhestellung ein beweglicher Kontakt 265 durchtritt, der mit dem gegenüberliegend angeordneten feststehenden Kontakt 266 zusammenwirkt.

Diese starre Isolierwand ist mit der radial verlaufenden Klappe 267 fest verbunden, die an einer Querachse 268 angelenkt ist, die im Mittelpunkt der Krümmung der Fläche 262 angeordnet ist, und die zusammen mit den anderen Wänden 269, 270 und 271 der Kam­ mer 261 dank Wangen 272 und 273 und einer Nabe 274 (Fig. 2) eine so gute Abdichtung herstellt, daß die Gase, deren Druck in dem Raum 288 mit veränderlichem Volumen bei Auftreten ei­ nes Lichtbogens infolge der Öffnung des Schalters 275 an­ steigt, die Klappe im Uhrzeigersinn wegdrücken. Auch bei die­ sem Ausführungsbeispiel gelangen Entlüftungsöffnungen 276 in einer Wange der Klappe in einer bestimmten Stellung der Isolierwand vor ein Luftloch 277 der Kammer des Gehäuses.

Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform ist der Kontakt­ hebel 283 mit Anschlüssen 278 und 279, einem Geflechtband 280, einer Druckfeder 281 und Einrichtungen 282 zur auto­ matischen Öffnung verbunden. Die Abdichtung der Isolierwand wird außerdem durch tangentiale Ränder 284 und 285 verbes­ sert, die in Nuten 286 und 287 des Gehäuses laufen.

Die Isolierwände 263, 219 und 250 können nach einer Öffnung durch Einrichtungen, die der Anschaulichkeit halber nicht dargestellt sind, wieder in die dargestellte Stellung zurückgebracht werden. Ferner ist ein Austrittsweg für die Gase vorgesehen, die sonst zwischen den Isolierwänden und den Bereichen, in denen die feststehenden Kontakte ange­ ordnet sind, eingeschlossen wären. Ebenso ist es erforder­ lich, in dem Kammerbereich 289, der sich vor der Isolier­ wand befindet, eine mit der Atmosphäre verbundene Austritts­ öffnung vorzusehen, um ein Abbremsen der Bewegung zu vermei­ den.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Anfangsbewegung der beweglichen Kontakthebel, die der Bewegung der Klappe und der Isolierwand kurz vorangeht, durch eine magnetisierbare Einrichtung 246 bzw. 282 ausgelöst, die wirksam ist, wenn die Stromstärken der in dem Hebel fließenden Ströme sehr hoch sind und andere magnetische Bewegungseinrichtungen schon einer Sättigung unterliegen.

Bei hohen Stromstärken, die jedoch nicht die vorstehend genannten Höhen erreichen, können in Reihe geschaltete Wicklungen mit schnellen beweglichen Kernen oder Ankern eingesetzt werden, wobei deren Bewegungen die Anfangsöffnungen der beweglichen Kontakte bewirken.

Bei Öffnungen des Schalters unter einem Nennstrom, mit denen beispielsweise eine Abtrennung der Leitung bewirkt werden soll, können Maßnahmen ergriffen werden, damit die Isolierwand entweder bewegt wird oder nicht bewegt wird, und zwar je nachdem ob die Lichtbogenenergie und die Ausschaltqualität dies notwendig machen oder nicht.

Claims (5)

1. Schalter mit einem Gehäuse, in dem zwei zueinander beweg­ liche Kontakte, Einrichtungen zur Steuerung der Öffnung des Schalters, eine bewegliche Isolierwand und Antriebs­ einrichtungen angeordnet sind, welch letztere einen Rand der Isolierwand zwischen den Kontakten schnell so bewe­ gen, daß der zwischen den Kontakten bei ihrer Trennung auftretende Lichtbogen zwischen diesem Rand und einer in dem Gehäuse vorgesehenen isolierenden Wand abgeschert wird,
dadurch gekennzeichnet
daß die Isolierwand (263) mit einer Öffnung (264) verse­ hen ist, durch die einer der Kontakte (265) des Schal­ ters hindurchtritt,
daß Isolierwand (263) und eine mit ihr verbundene isolie­ rende Klappe (267) sich in einer Kammer (262) des Gehäu­ ses (260) beim Ausschalten gleichzeitig bewegen, so daß zwischen ihnen und Flächen (270, 271) dieser Kammer ein Raum mit veränderlichem Volumen gebildet wird, der einen der Kontakte (265, 283) enthält,
wobei der Raum schnell sein Volumen vergrößert, wenn die Energie des bei Kontakttrennung auftretenden Lichtbogens auf die in diesem Volumen enthaltenen Gase übertragen wird und in einer bestimmten Stellung der Isolierwand (263), bei der ihre Öffnung (264) sich nicht mehr gegen­ über dem Kontakt (265) befindet, mit der Atmosphäre ver­ bunden ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierwand (263) und die Klappe (267) aus einem einzigen isolierenden Teil bestehen.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Isolierwand (219, 250) sich geradlinig bewegt und den Raum (238, 252) veränderlichen Volumens ab­ grenzt.

4. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Teil sich drehend bewegt und eine Klappe (267) besitzt, deren Ende (274) auf abgedichtete Weise um eine Achse (268) in der Kammer (262) schwenkbar ist.

5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die sich geradlinig bewegende Isolierwand (219, 250) und die sich winkelmäßig bewegende Klappe (251, 236) durch eine dichte Kupplungseinrichtung (235, 234 bzw. 255) miteinander verbunden sind.